解答
cos4(x)+cos3(x)−2=0
解答
x=2πn
+1
度数
x=0∘+360∘n求解步骤
cos4(x)+cos3(x)−2=0
用替代法求解
cos4(x)+cos3(x)−2=0
令:cos(x)=uu4+u3−2=0
u4+u3−2=0:u=1,u≈−1.54368…
u4+u3−2=0
因式分解 u4+u3−2:(u−1)(u3+2u2+2u+2)
u4+u3−2
使用有理根定理
a0=2,an=1
a0的除数:1,2,an的除数:1
因此,检验以下有理数:±11,2
11 是表达式的根,所以因式分解 u−1
=(u−1)u−1u4+u3−2u−1u4+u3−2=u3+2u2+2u+2
u−1u4+u3−2
对 u−1u4+u3−2做除法:u−1u4+u3−2=u3+u−12u3−2
将分子 u4+u3−2 与除数 u−1
的首项系数相除:uu4=u3
商=u3将 u−1 乘以 u3:u4−u3将 u4+u3−2 减去 u4−u3 得到新的余数余数=2u3−2
因此u−1u4+u3−2=u3+u−12u3−2
=u3+u−12u3−2
对 u−12u3−2做除法:u−12u3−2=2u2+u−12u2−2
将分子 2u3−2 与除数 u−1
的首项系数相除:u2u3=2u2
商=2u2将 u−1 乘以 2u2:2u3−2u2将 2u3−2 减去 2u3−2u2 得到新的余数余数=2u2−2
因此u−12u3−2=2u2+u−12u2−2
=u3+2u2+u−12u2−2
对 u−12u2−2做除法:u−12u2−2=2u+u−12u−2
将分子 2u2−2 与除数 u−1
的首项系数相除:u2u2=2u
商=2u将 u−1 乘以 2u:2u2−2u将 2u2−2 减去 2u2−2u 得到新的余数余数=2u−2
因此u−12u2−2=2u+u−12u−2
=u3+2u2+2u+u−12u−2
对 u−12u−2做除法:u−12u−2=2
将分子 2u−2 与除数 u−1
的首项系数相除:u2u=2
商=2将 u−1 乘以 2:2u−2将 2u−2 减去 2u−2 得到新的余数余数=0
因此u−12u−2=2
=u3+2u2+2u+2
=(u−1)(u3+2u2+2u+2)
(u−1)(u3+2u2+2u+2)=0
使用零因数法则: If ab=0then a=0or b=0u−1=0oru3+2u2+2u+2=0
解 u−1=0:u=1
u−1=0
将 1到右边
u−1=0
两边加上 1u−1+1=0+1
化简u=1
u=1
解 u3+2u2+2u+2=0:u≈−1.54368…
u3+2u2+2u+2=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u3+2u2+2u+2=0 的一个解:u≈−1.54368…
u3+2u2+2u+2=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u3+2u2+2u+2
找到 f′(u):3u2+4u+2
dud(u3+2u2+2u+2)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dud(2u2)+dud(2u)+dud(2)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
化简=3u2
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(2u)=2
dud(2u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dudu
使用常见微分定则: dudu=1=2⋅1
化简=2
dud(2)=0
dud(2)
常数微分: dxd(a)=0=0
=3u2+4u+2+0
化简=3u2+4u+2
令 u0=−1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−2:Δu1=1
f(u0)=(−1)3+2(−1)2+2(−1)+2=1f′(u0)=3(−1)2+4(−1)+2=1u1=−2
Δu1=∣−2−(−1)∣=1Δu1=1
u2=−1.66666…:Δu2=0.33333…
f(u1)=(−2)3+2(−2)2+2(−2)+2=−2f′(u1)=3(−2)2+4(−2)+2=6u2=−1.66666…
Δu2=∣−1.66666…−(−2)∣=0.33333…Δu2=0.33333…
u3=−1.55555…:Δu3=0.11111…
f(u2)=(−1.66666…)3+2(−1.66666…)2+2(−1.66666…)+2=−0.40740…f′(u2)=3(−1.66666…)2+4(−1.66666…)+2=3.66666…u3=−1.55555…
Δu3=∣−1.55555…−(−1.66666…)∣=0.11111…Δu3=0.11111…
u4=−1.54381…:Δu4=0.01174…
f(u3)=(−1.55555…)3+2(−1.55555…)2+2(−1.55555…)+2=−0.03566…f′(u3)=3(−1.55555…)2+4(−1.55555…)+2=3.03703…u4=−1.54381…
Δu4=∣−1.54381…−(−1.55555…)∣=0.01174…Δu4=0.01174…
u5=−1.54368…:Δu5=0.00012…
f(u4)=(−1.54381…)3+2(−1.54381…)2+2(−1.54381…)+2=−0.00036…f′(u4)=3(−1.54381…)2+4(−1.54381…)+2=2.97481…u5=−1.54368…
Δu5=∣−1.54368…−(−1.54381…)∣=0.00012…Δu5=0.00012…
u6=−1.54368…:Δu6=1.34021E−8
f(u5)=(−1.54368…)3+2(−1.54368…)2+2(−1.54368…)+2=−3.98601E−8f′(u5)=3(−1.54368…)2+4(−1.54368…)+2=2.97417…u6=−1.54368…
Δu6=∣−1.54368…−(−1.54368…)∣=1.34021E−8Δu6=1.34021E−8
u≈−1.54368…
使用长除法 Equation0:u+1.54368…u3+2u2+2u+2=u2+0.45631…u+1.29559…
u2+0.45631…u+1.29559…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u2+0.45631…u+1.29559…=0 的一个解:u∈R无解
u2+0.45631…u+1.29559…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u2+0.45631…u+1.29559…
找到 f′(u):2u+0.45631…
dud(u2+0.45631…u+1.29559…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(0.45631…u)+dud(1.29559…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud(0.45631…u)=0.45631…
dud(0.45631…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.45631…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=0.45631…⋅1
化简=0.45631…
dud(1.29559…)=0
dud(1.29559…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=2u+0.45631…+0
化简=2u+0.45631…
令 u0=−3计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−1.38976…:Δu1=1.61023…
f(u0)=(−3)2+0.45631…(−3)+1.29559…=8.92666…f′(u0)=2(−3)+0.45631…=−5.54368…u1=−1.38976…
Δu1=∣−1.38976…−(−3)∣=1.61023…Δu1=1.61023…
u2=−0.27368…:Δu2=1.11607…
f(u1)=(−1.38976…)2+0.45631…(−1.38976…)+1.29559…=2.59286…f′(u1)=2(−1.38976…)+0.45631…=−2.32321…u2=−0.27368…
Δu2=∣−0.27368…−(−1.38976…)∣=1.11607…Δu2=1.11607…
u3=13.40427…:Δu3=13.67796…
f(u2)=(−0.27368…)2+0.45631…(−0.27368…)+1.29559…=1.24561…f′(u2)=2(−0.27368…)+0.45631…=−0.09106…u3=13.40427…
Δu3=∣13.40427…−(−0.27368…)∣=13.67796…Δu3=13.67796…
u4=6.54245…:Δu4=6.86182…
f(u3)=13.40427…2+0.45631…⋅13.40427…+1.29559…=187.08678…f′(u3)=2⋅13.40427…+0.45631…=27.26486…u4=6.54245…
Δu4=∣6.54245…−13.40427…∣=6.86182…Δu4=6.86182…
u5=3.06531…:Δu5=3.47713…
f(u4)=6.54245…2+0.45631…⋅6.54245…+1.29559…=47.08466…f′(u4)=2⋅6.54245…+0.45631…=13.54121…u5=3.06531…
Δu5=∣3.06531…−6.54245…∣=3.47713…Δu5=3.47713…
u6=1.22979…:Δu6=1.83552…
f(u5)=3.06531…2+0.45631…⋅3.06531…+1.29559…=12.09048…f′(u5)=2⋅3.06531…+0.45631…=6.58693…u6=1.22979…
Δu6=∣1.22979…−3.06531…∣=1.83552…Δu6=1.83552…
u7=0.07434…:Δu7=1.15544…
f(u6)=1.22979…2+0.45631…⋅1.22979…+1.29559…=3.36914…f′(u6)=2⋅1.22979…+0.45631…=2.91589…u7=0.07434…
Δu7=∣0.07434…−1.22979…∣=1.15544…Δu7=1.15544…
u8=−2.13233…:Δu8=2.20668…
f(u7)=0.07434…2+0.45631…⋅0.07434…+1.29559…=1.33505…f′(u7)=2⋅0.07434…+0.45631…=0.60500…u8=−2.13233…
Δu8=∣−2.13233…−0.07434…∣=2.20668…Δu8=2.20668…
u9=−0.85371…:Δu9=1.27861…
f(u8)=(−2.13233…)2+0.45631…(−2.13233…)+1.29559…=4.86943…f′(u8)=2(−2.13233…)+0.45631…=−3.80835…u9=−0.85371…
Δu9=∣−0.85371…−(−2.13233…)∣=1.27861…Δu9=1.27861…
u10=0.45300…:Δu10=1.30672…
f(u9)=(−0.85371…)2+0.45631…(−0.85371…)+1.29559…=1.63486…f′(u9)=2(−0.85371…)+0.45631…=−1.25111…u10=0.45300…
Δu10=∣0.45300…−(−0.85371…)∣=1.30672…Δu10=1.30672…
u11=−0.80037…:Δu11=1.25338…
f(u10)=0.45300…2+0.45631…⋅0.45300…+1.29559…=1.70752…f′(u10)=2⋅0.45300…+0.45631…=1.36232…u11=−0.80037…
Δu11=∣−0.80037…−0.45300…∣=1.25338…Δu11=1.25338…
u12=0.57232…:Δu12=1.37269…
f(u11)=(−0.80037…)2+0.45631…(−0.80037…)+1.29559…=1.57098…f′(u11)=2(−0.80037…)+0.45631…=−1.14444…u12=0.57232…
Δu12=∣0.57232…−(−0.80037…)∣=1.37269…Δu12=1.37269…
无法得出解
解是u≈−1.54368…
解为u=1,u≈−1.54368…
u=cos(x)代回cos(x)=1,cos(x)≈−1.54368…
cos(x)=1,cos(x)≈−1.54368…
cos(x)=1:x=2πn
cos(x)=1
cos(x)=1的通解
cos(x) 周期表(周期为 2πn):
x06π4π3π2π32π43π65πcos(x)12322210−21−22−23xπ67π45π34π23π35π47π611πcos(x)−1−23−22−210212223
x=0+2πn
x=0+2πn
解 x=0+2πn:x=2πn
x=0+2πn
0+2πn=2πnx=2πn
x=2πn
cos(x)=−1.54368…:无解
cos(x)=−1.54368…
−1≤cos(x)≤1无解
合并所有解x=2πn