解答
tan(x)−cot(x)=2cot2(x)
解答
x=0.98930…+πn
+1
度数
x=56.68315…∘+180∘n求解步骤
tan(x)−cot(x)=2cot2(x)
两边减去 2cot2(x)tan(x)−cot(x)−2cot2(x)=0
使用三角恒等式改写
−cot(x)+tan(x)−2cot2(x)
使用基本三角恒等式: tan(x)=cot(x)1=−cot(x)+cot(x)1−2cot2(x)
−cot(x)+cot(x)1−2cot2(x)=0
用替代法求解
−cot(x)+cot(x)1−2cot2(x)=0
令:cot(x)=u−u+u1−2u2=0
−u+u1−2u2=0:u≈0.65729…
−u+u1−2u2=0
在两边乘以 u
−u+u1−2u2=0
在两边乘以 u−uu+u1u−2u2u=0⋅u
化简
−uu+u1u−2u2u=0⋅u
化简 −uu:−u2
−uu
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cuu=u1+1=−u1+1
数字相加:1+1=2=−u2
化简 u1u:1
u1u
分式相乘: a⋅cb=ca⋅b=u1⋅u
约分:u=1
化简 −2u2u:−2u3
−2u2u
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=−2u2+1
数字相加:2+1=3=−2u3
化简 0⋅u:0
0⋅u
使用法则 0⋅a=0=0
−u2+1−2u3=0
−u2+1−2u3=0
−u2+1−2u3=0
解 −u2+1−2u3=0:u≈0.65729…
−u2+1−2u3=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0−2u3−u2+1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −2u3−u2+1=0 的一个解:u≈0.65729…
−2u3−u2+1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−2u3−u2+1
找到 f′(u):−6u2−2u
dud(−2u3−u2+1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(2u3)−dud(u2)+dud(1)
dud(2u3)=6u2
dud(2u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2⋅3u3−1
化简=6u2
dud(u2)=2u
dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud(1)=0
dud(1)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−6u2−2u+0
化简=−6u2−2u
令 u0=1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=0.75:Δu1=0.25
f(u0)=−2⋅13−12+1=−2f′(u0)=−6⋅12−2⋅1=−8u1=0.75
Δu1=∣0.75−1∣=0.25Δu1=0.25
u2=0.66666…:Δu2=0.08333…
f(u1)=−2⋅0.753−0.752+1=−0.40625f′(u1)=−6⋅0.752−2⋅0.75=−4.875u2=0.66666…
Δu2=∣0.66666…−0.75∣=0.08333…Δu2=0.08333…
u3=0.65740…:Δu3=0.00925…
f(u2)=−2⋅0.66666…3−0.66666…2+1=−0.03703…f′(u2)=−6⋅0.66666…2−2⋅0.66666…=−4u3=0.65740…
Δu3=∣0.65740…−0.66666…∣=0.00925…Δu3=0.00925…
u4=0.65729…:Δu4=0.00010…
f(u3)=−2⋅0.65740…3−0.65740…2+1=−0.00042…f′(u3)=−6⋅0.65740…2−2⋅0.65740…=−3.90792…u4=0.65729…
Δu4=∣0.65729…−0.65740…∣=0.00010…Δu4=0.00010…
u5=0.65729…:Δu5=1.51148E−8
f(u4)=−2⋅0.65729…3−0.65729…2+1=−5.90512E−8f′(u4)=−6⋅0.65729…2−2⋅0.65729…=−3.90684…u5=0.65729…
Δu5=∣0.65729…−0.65729…∣=1.51148E−8Δu5=1.51148E−8
u≈0.65729…
使用长除法 Equation0:u−0.65729…−2u3−u2+1=−2u2−2.31459…u−1.52137…
−2u2−2.31459…u−1.52137…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −2u2−2.31459…u−1.52137…=0 的一个解:u∈R无解
−2u2−2.31459…u−1.52137…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−2u2−2.31459…u−1.52137…
找到 f′(u):−4u−2.31459…
dud(−2u2−2.31459…u−1.52137…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(2u2)−dud(2.31459…u)−dud(1.52137…)
dud(2u2)=4u
dud(2u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2⋅2u2−1
化简=4u
dud(2.31459…u)=2.31459…
dud(2.31459…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2.31459…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=2.31459…⋅1
化简=2.31459…
dud(1.52137…)=0
dud(1.52137…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−4u−2.31459…−0
化简=−4u−2.31459…
令 u0=−1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−0.28397…:Δu1=0.71602…
f(u0)=−2(−1)2−2.31459…(−1)−1.52137…=−1.20678…f′(u0)=−4(−1)−2.31459…=1.68540…u1=−0.28397…
Δu1=∣−0.28397…−(−1)∣=0.71602…Δu1=0.71602…
u2=−1.15391…:Δu2=0.86993…
f(u1)=−2(−0.28397…)2−2.31459…(−0.28397…)−1.52137…=−1.02537…f′(u1)=−4(−0.28397…)−2.31459…=−1.17867…u2=−1.15391…
Δu2=∣−1.15391…−(−0.28397…)∣=0.86993…Δu2=0.86993…
u3=−0.49614…:Δu3=0.65777…
f(u2)=−2(−1.15391…)2−2.31459…(−1.15391…)−1.52137…=−1.51356…f′(u2)=−4(−1.15391…)−2.31459…=2.30105…u3=−0.49614…
Δu3=∣−0.49614…−(−1.15391…)∣=0.65777…Δu3=0.65777…
u4=−3.11809…:Δu4=2.62195…
f(u3)=−2(−0.49614…)2−2.31459…(−0.49614…)−1.52137…=−0.86532…f′(u3)=−4(−0.49614…)−2.31459…=−0.33003…u4=−3.11809…
Δu4=∣−3.11809…−(−0.49614…)∣=2.62195…Δu4=2.62195…
u5=−1.76452…:Δu5=1.35357…
f(u4)=−2(−3.11809…)2−2.31459…(−3.11809…)−1.52137…=−13.74928…f′(u4)=−4(−3.11809…)−2.31459…=10.15778…u5=−1.76452…
Δu5=∣−1.76452…−(−3.11809…)∣=1.35357…Δu5=1.35357…
u6=−0.99203…:Δu6=0.77249…
f(u5)=−2(−1.76452…)2−2.31459…(−1.76452…)−1.52137…=−3.66430…f′(u5)=−4(−1.76452…)−2.31459…=4.74350…u6=−0.99203…
Δu6=∣−0.99203…−(−1.76452…)∣=0.77249…Δu6=0.77249…
u7=−0.27025…:Δu7=0.72177…
f(u6)=−2(−0.99203…)2−2.31459…(−0.99203…)−1.52137…=−1.19348…f′(u6)=−4(−0.99203…)−2.31459…=1.65353…u7=−0.27025…
Δu7=∣−0.27025…−(−0.99203…)∣=0.72177…Δu7=0.72177…
u8=−1.11489…:Δu8=0.84464…
f(u7)=−2(−0.27025…)2−2.31459…(−0.27025…)−1.52137…=−1.04192…f′(u7)=−4(−0.27025…)−2.31459…=−1.23356…u8=−1.11489…
Δu8=∣−1.11489…−(−0.27025…)∣=0.84464…Δu8=0.84464…
u9=−0.44970…:Δu9=0.66519…
f(u8)=−2(−1.11489…)2−2.31459…(−1.11489…)−1.52137…=−1.42683…f′(u8)=−4(−1.11489…)−2.31459…=2.14500…u9=−0.44970…
Δu9=∣−0.44970…−(−1.11489…)∣=0.66519…Δu9=0.66519…
u10=−2.16551…:Δu10=1.71580…
f(u9)=−2(−0.44970…)2−2.31459…(−0.44970…)−1.52137…=−0.88496…f′(u9)=−4(−0.44970…)−2.31459…=−0.51576…u10=−2.16551…
Δu10=∣−2.16551…−(−0.44970…)∣=1.71580…Δu10=1.71580…
无法得出解
解是u≈0.65729…
u≈0.65729…
验证解
找到无定义的点(奇点):u=0
取 −u+u1−2u2 的分母,令其等于零
u=0
以下点无定义u=0
将不在定义域的点与解相综合:
u≈0.65729…
u=cot(x)代回cot(x)≈0.65729…
cot(x)≈0.65729…
cot(x)=0.65729…:x=arccot(0.65729…)+πn
cot(x)=0.65729…
使用反三角函数性质
cot(x)=0.65729…
cot(x)=0.65729…的通解cot(x)=a⇒x=arccot(a)+πnx=arccot(0.65729…)+πn
x=arccot(0.65729…)+πn
合并所有解x=arccot(0.65729…)+πn
以小数形式表示解x=0.98930…+πn