解答
sin(x)=cos3(x)
解答
x=0.59876…+2πn,x=−2.54282…+2πn
+1
度数
x=34.30680…∘+360∘n,x=−145.69319…∘+360∘n求解步骤
sin(x)=cos3(x)
两边进行平方sin2(x)=(cos3(x))2
两边减去 (cos3(x))2sin2(x)−cos6(x)=0
使用三角恒等式改写
−cos6(x)+sin2(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=−cos6(x)+1−cos2(x)
1−cos2(x)−cos6(x)=0
用替代法求解
1−cos2(x)−cos6(x)=0
令:cos(x)=u1−u2−u6=0
1−u2−u6=0:u=0.68232…,u=−0.68232…
1−u2−u6=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0−u6−u2+1=0
用v=u2 和 v3=u6改写方程式−v3−v+1=0
解 −v3−v+1=0:v≈0.68232…
−v3−v+1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −v3−v+1=0 的一个解:v≈0.68232…
−v3−v+1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(v)=−v3−v+1
找到 f′(v):−3v2−1
dvd(−v3−v+1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dvd(v3)−dvdv+dvd(1)
dvd(v3)=3v2
dvd(v3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=3v3−1
化简=3v2
dvdv=1
dvdv
使用常见微分定则: dvdv=1=1
dvd(1)=0
dvd(1)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−3v2−1+0
化简=−3v2−1
令 v0=1计算 vn+1 至 Δvn+1<0.000001
v1=0.75:Δv1=0.25
f(v0)=−13−1+1=−1f′(v0)=−3⋅12−1=−4v1=0.75
Δv1=∣0.75−1∣=0.25Δv1=0.25
v2=0.68604…:Δv2=0.06395…
f(v1)=−0.753−0.75+1=−0.171875f′(v1)=−3⋅0.752−1=−2.6875v2=0.68604…
Δv2=∣0.68604…−0.75∣=0.06395…Δv2=0.06395…
v3=0.68233…:Δv3=0.00370…
f(v2)=−0.68604…3−0.68604…+1=−0.00894…f′(v2)=−3⋅0.68604…2−1=−2.41197…v3=0.68233…
Δv3=∣0.68233…−0.68604…∣=0.00370…Δv3=0.00370…
v4=0.68232…:Δv4=0.00001…
f(v3)=−0.68233…3−0.68233…+1=−0.00002…f′(v3)=−3⋅0.68233…2−1=−2.39676…v4=0.68232…
Δv4=∣0.68232…−0.68233…∣=0.00001…Δv4=0.00001…
v5=0.68232…:Δv5=1.18493E−10
f(v4)=−0.68232…3−0.68232…+1=−2.83995E−10f′(v4)=−3⋅0.68232…2−1=−2.39671…v5=0.68232…
Δv5=∣0.68232…−0.68232…∣=1.18493E−10Δv5=1.18493E−10
v≈0.68232…
使用长除法 Equation0:v−0.68232…−v3−v+1=−v2−0.68232…v−1.46557…
−v2−0.68232…v−1.46557…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −v2−0.68232…v−1.46557…=0 的一个解:v∈R无解
−v2−0.68232…v−1.46557…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(v)=−v2−0.68232…v−1.46557…
找到 f′(v):−2v−0.68232…
dvd(−v2−0.68232…v−1.46557…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dvd(v2)−dvd(0.68232…v)−dvd(1.46557…)
dvd(v2)=2v
dvd(v2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2v2−1
化简=2v
dvd(0.68232…v)=0.68232…
dvd(0.68232…v)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.68232…dvdv
使用常见微分定则: dvdv=1=0.68232…⋅1
化简=0.68232…
dvd(1.46557…)=0
dvd(1.46557…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=−2v−0.68232…−0
化简=−2v−0.68232…
令 v0=−2计算 vn+1 至 Δvn+1<0.000001
v1=−0.76391…:Δv1=1.23608…
f(v0)=−(−2)2−0.68232…(−2)−1.46557…=−4.10091…f′(v0)=−2(−2)−0.68232…=3.31767…v1=−0.76391…
Δv1=∣−0.76391…−(−2)∣=1.23608…Δv1=1.23608…
v2=1.04316…:Δv2=1.80707…
f(v1)=−(−0.76391…)2−0.68232…(−0.76391…)−1.46557…=−1.52789…f′(v1)=−2(−0.76391…)−0.68232…=0.84550…v2=1.04316…
Δv2=∣1.04316…−(−0.76391…)∣=1.80707…Δv2=1.80707…
v3=−0.13630…:Δv3=1.17946…
f(v2)=−1.04316…2−0.68232…⋅1.04316…−1.46557…=−3.26553…f′(v2)=−2⋅1.04316…−0.68232…=−2.76865…v3=−0.13630…
Δv3=∣−0.13630…−1.04316…∣=1.17946…Δv3=1.17946…
v4=−3.53171…:Δv4=3.39540…
f(v3)=−(−0.13630…)2−0.68232…(−0.13630…)−1.46557…=−1.39114…f′(v3)=−2(−0.13630…)−0.68232…=−0.40971…v4=−3.53171…
Δv4=∣−3.53171…−(−0.13630…)∣=3.39540…Δv4=3.39540…
v5=−1.72500…:Δv5=1.80670…
f(v4)=−(−3.53171…)2−0.68232…(−3.53171…)−1.46557…=−11.52876…f′(v4)=−2(−3.53171…)−0.68232…=6.38109…v5=−1.72500…
Δv5=∣−1.72500…−(−3.53171…)∣=1.80670…Δv5=1.80670…
v6=−0.54560…:Δv6=1.17939…
f(v5)=−(−1.72500…)2−0.68232…(−1.72500…)−1.46557…=−3.26419…f′(v5)=−2(−1.72500…)−0.68232…=2.76767…v6=−0.54560…
Δv6=∣−0.54560…−(−1.72500…)∣=1.17939…Δv6=1.17939…
v7=2.85625…:Δv7=3.40185…
f(v6)=−(−0.54560…)2−0.68232…(−0.54560…)−1.46557…=−1.39097…f′(v6)=−2(−0.54560…)−0.68232…=0.40888…v7=2.85625…
Δv7=∣2.85625…−(−0.54560…)∣=3.40185…Δv7=3.40185…
v8=1.04656…:Δv8=1.80968…
f(v7)=−2.85625…2−0.68232…⋅2.85625…−1.46557…=−11.57264…f′(v7)=−2⋅2.85625…−0.68232…=−6.39483…v8=1.04656…
Δv8=∣1.04656…−2.85625…∣=1.80968…Δv8=1.80968…
v9=−0.13340…:Δv9=1.17997…
f(v8)=−1.04656…2−0.68232…⋅1.04656…−1.46557…=−3.27496…f′(v8)=−2⋅1.04656…−0.68232…=−2.77545…v9=−0.13340…
Δv9=∣−0.13340…−1.04656…∣=1.17997…Δv9=1.17997…
v10=−3.48434…:Δv10=3.35093…
f(v9)=−(−0.13340…)2−0.68232…(−0.13340…)−1.46557…=−1.39234…f′(v9)=−2(−0.13340…)−0.68232…=−0.41550…v10=−3.48434…
Δv10=∣−3.48434…−(−0.13340…)∣=3.35093…Δv10=3.35093…
无法得出解
解是v≈0.68232…
v≈0.68232…
代回 v=u2,求解 u
解 u2=0.68232…:u=0.68232…,u=−0.68232…
u2=0.68232…
对于 x2=f(a) 解为 x=f(a),−f(a)
u=0.68232…,u=−0.68232…
解为
u=0.68232…,u=−0.68232…
u=cos(x)代回cos(x)=0.68232…,cos(x)=−0.68232…
cos(x)=0.68232…,cos(x)=−0.68232…
cos(x)=0.68232…:x=arccos(0.68232…)+2πn,x=2π−arccos(0.68232…)+2πn
cos(x)=0.68232…
使用反三角函数性质
cos(x)=0.68232…
cos(x)=0.68232…的通解cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(0.68232…)+2πn,x=2π−arccos(0.68232…)+2πn
x=arccos(0.68232…)+2πn,x=2π−arccos(0.68232…)+2πn
cos(x)=−0.68232…:x=arccos(−0.68232…)+2πn,x=−arccos(−0.68232…)+2πn
cos(x)=−0.68232…
使用反三角函数性质
cos(x)=−0.68232…
cos(x)=−0.68232…的通解cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−0.68232…)+2πn,x=−arccos(−0.68232…)+2πn
x=arccos(−0.68232…)+2πn,x=−arccos(−0.68232…)+2πn
合并所有解x=arccos(0.68232…)+2πn,x=2π−arccos(0.68232…)+2πn,x=arccos(−0.68232…)+2πn,x=−arccos(−0.68232…)+2πn
将解代入原方程进行验证
将它们代入 sin(x)=cos3(x)检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 arccos(0.68232…)+2πn的解:真
arccos(0.68232…)+2πn
代入 n=1arccos(0.68232…)+2π1
对于 sin(x)=cos3(x)代入x=arccos(0.68232…)+2π1sin(arccos(0.68232…)+2π1)=cos3(arccos(0.68232…)+2π1)
整理后得0.56362…=0.56362…
⇒真
检验 2π−arccos(0.68232…)+2πn的解:假
2π−arccos(0.68232…)+2πn
代入 n=12π−arccos(0.68232…)+2π1
对于 sin(x)=cos3(x)代入x=2π−arccos(0.68232…)+2π1sin(2π−arccos(0.68232…)+2π1)=cos3(2π−arccos(0.68232…)+2π1)
整理后得−0.56362…=0.56362…
⇒假
检验 arccos(−0.68232…)+2πn的解:假
arccos(−0.68232…)+2πn
代入 n=1arccos(−0.68232…)+2π1
对于 sin(x)=cos3(x)代入x=arccos(−0.68232…)+2π1sin(arccos(−0.68232…)+2π1)=cos3(arccos(−0.68232…)+2π1)
整理后得0.56362…=−0.56362…
⇒假
检验 −arccos(−0.68232…)+2πn的解:真
−arccos(−0.68232…)+2πn
代入 n=1−arccos(−0.68232…)+2π1
对于 sin(x)=cos3(x)代入x=−arccos(−0.68232…)+2π1sin(−arccos(−0.68232…)+2π1)=cos3(−arccos(−0.68232…)+2π1)
整理后得−0.56362…=−0.56362…
⇒真
x=arccos(0.68232…)+2πn,x=−arccos(−0.68232…)+2πn
以小数形式表示解x=0.59876…+2πn,x=−2.54282…+2πn