解答
cos(x)=5sin2(x)−3
解答
x∈R无解
求解步骤
cos(x)=5sin2(x)−3
两边减去 5sin2(x)−3cos(x)+5sin2(x)3=0
化简 cos(x)+5sin2(x)3:5sin2(x)5sin2(x)cos(x)+3
cos(x)+5sin2(x)3
将项转换为分式: cos(x)=5sin2(x)cos(x)5sin2(x)=5sin2(x)cos(x)⋅5sin2(x)+5sin2(x)3
因为分母相等,所以合并分式: ca±cb=ca±b=5sin2(x)cos(x)⋅5sin2(x)+3
5sin2(x)5sin2(x)cos(x)+3=0
g(x)f(x)=0⇒f(x)=05sin2(x)cos(x)+3=0
使用三角恒等式改写
3+5cos(x)sin2(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=3+5cos(x)(1−cos2(x))
3+(1−cos2(x))⋅5cos(x)=0
用替代法求解
3+(1−cos2(x))⋅5cos(x)=0
令:cos(x)=u3+(1−u2)⋅5u=0
3+(1−u2)⋅5u=0:u≈1.22119…
3+(1−u2)⋅5u=0
展开 3+(1−u2)⋅5u:3+5u−5u3
3+(1−u2)⋅5u
=3+5u(1−u2)
乘开 5u(1−u2):5u−5u3
5u(1−u2)
使用分配律: a(b−c)=ab−aca=5u,b=1,c=u2=5u⋅1−5uu2
=5⋅1⋅u−5u2u
化简 5⋅1⋅u−5u2u:5u−5u3
5⋅1⋅u−5u2u
5⋅1⋅u=5u
5⋅1⋅u
数字相乘:5⋅1=5=5u
5u2u=5u3
5u2u
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=5u2+1
数字相加:2+1=3=5u3
=5u−5u3
=5u−5u3
=3+5u−5u3
3+5u−5u3=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0−5u3+5u+3=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −5u3+5u+3=0 的一个解:u≈1.22119…
−5u3+5u+3=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−5u3+5u+3
找到 f′(u):−15u2+5
dud(−5u3+5u+3)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(5u3)+dud(5u)+dud(3)
dud(5u3)=15u2
dud(5u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=5dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=5⋅3u3−1
化简=15u2
dud(5u)=5
dud(5u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=5dudu
使用常见微分定则: dudu=1=5⋅1
化简=5
dud(3)=0
dud(3)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−15u2+5+0
化简=−15u2+5
令 u0=1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=1.3:Δu1=0.3
f(u0)=−5⋅13+5⋅1+3=3f′(u0)=−15⋅12+5=−10u1=1.3
Δu1=∣1.3−1∣=0.3Δu1=0.3
u2=1.22702…:Δu2=0.07297…
f(u1)=−5⋅1.33+5⋅1.3+3=−1.485f′(u1)=−15⋅1.32+5=−20.35u2=1.22702…
Δu2=∣1.22702…−1.3∣=0.07297…Δu2=0.07297…
u3=1.22123…:Δu3=0.00579…
f(u2)=−5⋅1.22702…3+5⋅1.22702…+3=−0.10189…f′(u2)=−15⋅1.22702…2+5=−17.58392…u3=1.22123…
Δu3=∣1.22123…−1.22702…∣=0.00579…Δu3=0.00579…
u4=1.22119…:Δu4=0.00003…
f(u3)=−5⋅1.22123…3+5⋅1.22123…+3=−0.00061…f′(u3)=−15⋅1.22123…2+5=−17.37112…u4=1.22119…
Δu4=∣1.22119…−1.22123…∣=0.00003…Δu4=0.00003…
u5=1.22119…:Δu5=1.33081E−9
f(u4)=−5⋅1.22119…3+5⋅1.22119…+3=−2.31159E−8f′(u4)=−15⋅1.22119…2+5=−17.36982…u5=1.22119…
Δu5=∣1.22119…−1.22119…∣=1.33081E−9Δu5=1.33081E−9
u≈1.22119…
使用长除法 Equation0:u−1.22119…−5u3+5u+3=−5u2−6.10598…u−2.45660…
−5u2−6.10598…u−2.45660…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −5u2−6.10598…u−2.45660…=0 的一个解:u∈R无解
−5u2−6.10598…u−2.45660…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=−5u2−6.10598…u−2.45660…
找到 f′(u):−10u−6.10598…
dud(−5u2−6.10598…u−2.45660…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dud(5u2)−dud(6.10598…u)−dud(2.45660…)
dud(5u2)=10u
dud(5u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=5dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=5⋅2u2−1
化简=10u
dud(6.10598…u)=6.10598…
dud(6.10598…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=6.10598…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=6.10598…⋅1
化简=6.10598…
dud(2.45660…)=0
dud(2.45660…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−10u−6.10598…−0
化简=−10u−6.10598…
令 u0=0计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−0.40232…:Δu1=0.40232…
f(u0)=−5⋅02−6.10598…⋅0−2.45660…=−2.45660…f′(u0)=−10⋅0−6.10598…=−6.10598…u1=−0.40232…
Δu1=∣−0.40232…−0∣=0.40232…Δu1=0.40232…
u2=−0.79092…:Δu2=0.38859…
f(u1)=−5(−0.40232…)2−6.10598…(−0.40232…)−2.45660…=−0.80933…f′(u1)=−10(−0.40232…)−6.10598…=−2.08270…u2=−0.79092…
Δu2=∣−0.79092…−(−0.40232…)∣=0.38859…Δu2=0.38859…
u3=−0.37222…:Δu3=0.41870…
f(u2)=−5(−0.79092…)2−6.10598…(−0.79092…)−2.45660…=−0.75504…f′(u2)=−10(−0.79092…)−6.10598…=1.80328…u3=−0.37222…
Δu3=∣−0.37222…−(−0.79092…)∣=0.41870…Δu3=0.41870…
u4=−0.73994…:Δu4=0.36772…
f(u3)=−5(−0.37222…)2−6.10598…(−0.37222…)−2.45660…=−0.87657…f′(u3)=−10(−0.37222…)−6.10598…=−2.38377…u4=−0.73994…
Δu4=∣−0.73994…−(−0.37222…)∣=0.36772…Δu4=0.36772…
u5=−0.21724…:Δu5=0.52270…
f(u4)=−5(−0.73994…)2−6.10598…(−0.73994…)−2.45660…=−0.67611…f′(u4)=−10(−0.73994…)−6.10598…=1.29348…u5=−0.21724…
Δu5=∣−0.21724…−(−0.73994…)∣=0.52270…Δu5=0.52270…
u6=−0.56453…:Δu6=0.34729…
f(u5)=−5(−0.21724…)2−6.10598…(−0.21724…)−2.45660…=−1.36610…f′(u5)=−10(−0.21724…)−6.10598…=−3.93356…u6=−0.56453…
Δu6=∣−0.56453…−(−0.21724…)∣=0.34729…Δu6=0.34729…
u7=−1.87375…:Δu7=1.30922…
f(u6)=−5(−0.56453…)2−6.10598…(−0.56453…)−2.45660…=−0.60306…f′(u6)=−10(−0.56453…)−6.10598…=−0.46062…u7=−1.87375…
Δu7=∣−1.87375…−(−0.56453…)∣=1.30922…Δu7=1.30922…
u8=−1.19527…:Δu8=0.67848…
f(u7)=−5(−1.87375…)2−6.10598…(−1.87375…)−2.45660…=−8.57033…f′(u7)=−10(−1.87375…)−6.10598…=12.63161…u8=−1.19527…
Δu8=∣−1.19527…−(−1.87375…)∣=0.67848…Δu8=0.67848…
u9=−0.80160…:Δu9=0.39366…
f(u8)=−5(−1.19527…)2−6.10598…(−1.19527…)−2.45660…=−2.30169…f′(u8)=−10(−1.19527…)−6.10598…=5.84678…u9=−0.80160…
Δu9=∣−0.80160…−(−1.19527…)∣=0.39366…Δu9=0.39366…
u10=−0.39593…:Δu10=0.40567…
f(u9)=−5(−0.80160…)2−6.10598…(−0.80160…)−2.45660…=−0.77487…f′(u9)=−10(−0.80160…)−6.10598…=1.91008…u10=−0.39593…
Δu10=∣−0.39593…−(−0.80160…)∣=0.40567…Δu10=0.40567…
无法得出解
解是u≈1.22119…
u=cos(x)代回cos(x)≈1.22119…
cos(x)≈1.22119…
cos(x)=1.22119…:无解
cos(x)=1.22119…
−1≤cos(x)≤1无解
合并所有解x∈R无解