Elementarmathematik Beispiele

$3 \cos (x) + 3 = 2 \sin^{2} (x)$

Schritt 1

Subtrahiere $3$ von beiden Seiten der Gleichung.

$3 \cos (x) = 2 \sin^{2} (x) - 3$

Schritt 2

Quadriere beide Seiten der Gleichung.

${(3 \cos (x))}^{2} = {(2 \sin^{2} (x) - 3)}^{2}$

Schritt 3

Vereinfache ${(3 \cos (x))}^{2}$ .

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Schritt 3.1

Wende die Produktregel auf $3 \cos (x)$ an.

$3^{2} \cos^{2} (x) = {(2 \sin^{2} (x) - 3)}^{2}$

Schritt 3.2

Potenziere $3$ mit $2$ .

$9 \cos^{2} (x) = {(2 \sin^{2} (x) - 3)}^{2}$

Schritt 4

Vereinfache ${(2 \sin^{2} (x) - 3)}^{2}$ .

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Schritt 4.1

Schreibe ${(2 \sin^{2} (x) - 3)}^{2}$ als $(2 \sin^{2} (x) - 3) (2 \sin^{2} (x) - 3)$ um.

$9 \cos^{2} (x) = (2 \sin^{2} (x) - 3) (2 \sin^{2} (x) - 3)$

Schritt 4.2

Multipliziere $(2 \sin^{2} (x) - 3) (2 \sin^{2} (x) - 3)$ aus unter Verwendung der FOIL-Methode.

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Schritt 4.2.1

Wende das Distributivgesetz an.

$9 \cos^{2} (x) = 2 \sin^{2} (x) (2 \sin^{2} (x) - 3) - 3 (2 \sin^{2} (x) - 3)$

Schritt 4.2.2

Wende das Distributivgesetz an.

$9 \cos^{2} (x) = 2 \sin^{2} (x) (2 \sin^{2} (x)) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x) - 3)$

Schritt 4.2.3

Wende das Distributivgesetz an.

$9 \cos^{2} (x) = 2 \sin^{2} (x) (2 \sin^{2} (x)) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3

Vereinfache und fasse gleichartige Terme zusammen.

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Schritt 4.3.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 4.3.1.1

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$9 \cos^{2} (x) = 2 \cdot 2 \sin^{2} (x) \sin^{2} (x) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.2

Multipliziere $\sin^{2} (x)$ mit $\sin^{2} (x)$ durch Addieren der Exponenten.

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Schritt 4.3.1.2.1

Bewege $\sin^{2} (x)$ .

$9 \cos^{2} (x) = 2 \cdot 2 (\sin^{2} (x) \sin^{2} (x)) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.2.2

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$9 \cos^{2} (x) = 2 \cdot 2 {\sin (x)}^{2 + 2} + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.2.3

Addiere $2$ und $2$ .

$9 \cos^{2} (x) = 2 \cdot 2 \sin^{4} (x) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.3

Mutltipliziere $2$ mit $2$ .

$9 \cos^{2} (x) = 4 \sin^{4} (x) + 2 \sin^{2} (x) \cdot - 3 - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.4

Mutltipliziere $- 3$ mit $2$ .

$9 \cos^{2} (x) = 4 \sin^{4} (x) - 6 \sin^{2} (x) - 3 (2 \sin^{2} (x)) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.5

Mutltipliziere $2$ mit $- 3$ .

$9 \cos^{2} (x) = 4 \sin^{4} (x) - 6 \sin^{2} (x) - 6 \sin^{2} (x) - 3 \cdot - 3$

Schritt 4.3.1.6

Mutltipliziere $- 3$ mit $- 3$ .

$9 \cos^{2} (x) = 4 \sin^{4} (x) - 6 \sin^{2} (x) - 6 \sin^{2} (x) + 9$

Schritt 4.3.2

Subtrahiere $6 \sin^{2} (x)$ von $- 6 \sin^{2} (x)$ .

$9 \cos^{2} (x) = 4 \sin^{4} (x) - 12 \sin^{2} (x) + 9$

Schritt 5

Bringe alle Ausdrücke auf die linke Seite der Gleichung.

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Schritt 5.1

Subtrahiere $4 \sin^{4} (x)$ von beiden Seiten der Gleichung.

$9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) = - 12 \sin^{2} (x) + 9$

Schritt 5.2

Addiere $12 \sin^{2} (x)$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 9$

Schritt 5.3

Subtrahiere $9$ von beiden Seiten der Gleichung.

$9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) - 9 = 0$

Schritt 6

Vereinfache $9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) - 9$ .

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Schritt 6.1

Bewege $- 9$ .

$9 \cos^{2} (x) - 9 - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.2

Stelle $9 \cos^{2} (x)$ und $- 9$ um.

$- 9 + 9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.3

Faktorisiere $- 9$ aus $- 9$ heraus.

$- 9 (1) + 9 \cos^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.4

Faktorisiere $- 9$ aus $9 \cos^{2} (x)$ heraus.

$- 9 (1) - 9 (- \cos^{2} (x)) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.5

Faktorisiere $- 9$ aus $- 9 (1) - 9 (- \cos^{2} (x))$ heraus.

$- 9 (1 - \cos^{2} (x)) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.6

Wende den trigonometrischen Pythagoras an.

$- 9 \sin^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) + 12 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 6.7

Addiere $- 9 \sin^{2} (x)$ und $12 \sin^{2} (x)$ .

$3 \sin^{2} (x) - 4 \sin^{4} (x) = 0$

Schritt 7

Löse nach $x$ auf.

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Schritt 7.1

Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.

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Schritt 7.1.1

Schreibe $\sin^{4} (x)$ als ${(\sin^{2} (x))}^{2}$ um.

$3 \sin^{2} (x) - 4 {(\sin^{2} (x))}^{2} = 0$

Schritt 7.1.2

Es sei $u = \sin^{2} (x)$ . Ersetze $u$ für alle $\sin^{2} (x)$ .

$3 u - 4 u^{2} = 0$

Schritt 7.1.3

Faktorisiere $u$ aus $3 u - 4 u^{2}$ heraus.

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Schritt 7.1.3.1

Faktorisiere $u$ aus $3 u$ heraus.

$u \cdot 3 - 4 u^{2} = 0$

Schritt 7.1.3.2

Faktorisiere $u$ aus $- 4 u^{2}$ heraus.

$u \cdot 3 + u (- 4 u) = 0$

Schritt 7.1.3.3

Faktorisiere $u$ aus $u \cdot 3 + u (- 4 u)$ heraus.

$u (3 - 4 u) = 0$

Schritt 7.1.4

Ersetze alle $u$ durch $\sin^{2} (x)$ .

$\sin^{2} (x) (3 - 4 \sin^{2} (x)) = 0$

Schritt 7.2

Wenn irgendein einzelner Faktor auf der linken Seite der Gleichung gleich $0$ ist, dann ist der ganze Ausdruck gleich $0$ .

$\sin^{2} (x) = 0$

$3 - 4 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 7.3

Setze $\sin^{2} (x)$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 7.3.1

Setze $\sin^{2} (x)$ gleich $0$ .

$\sin^{2} (x) = 0$

Schritt 7.3.2

Löse $\sin^{2} (x) = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 7.3.2.1

Take the specified root of both sides of the equation to eliminate the exponent on the left side.

$\sin (x) = \pm \sqrt{0}$

Schritt 7.3.2.2

Vereinfache $\pm \sqrt{0}$ .

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Schritt 7.3.2.2.1

Schreibe $0$ als $0^{2}$ um.

$\sin (x) = \pm \sqrt{0^{2}}$

Schritt 7.3.2.2.2

Ziehe Terme aus der Wurzel heraus unter der Annahme positiver reeller Zahlen.

$\sin (x) = \pm 0$

Schritt 7.3.2.2.3

Plus oder Minus $0$ ist $0$ .

$\sin (x) = 0$

Schritt 7.3.2.3

Wende den inversen Sinus auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Sinus herauszuziehen.

$x = \arcsin (0)$

Schritt 7.3.2.4

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 7.3.2.4.1

Der genau Wert von $\arcsin (0)$ ist $0$ .

$x = 0$

Schritt 7.3.2.5

Die Sinusfunktion ist positiv im ersten und zweiten Quadranten. Um die zweite Lösung zu ermitteln, subtrahiere den Referenzwinkel von $π$ , um die Lösung im zweiten Quadranten zu finden.

$x = π - 0$

Schritt 7.3.2.6

Subtrahiere $0$ von $π$ .

$x = π$

Schritt 7.3.2.7

Ermittele die Periode von $\sin (x)$ .

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Schritt 7.3.2.7.1

Die Periode der Funktion kann mithilfe von $\frac{2 π}{| b |}$ berechnet werden.

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 7.3.2.7.2

Ersetze $b$ durch $1$ in der Formel für die Periode.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 7.3.2.7.3

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 7.3.2.7.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 7.3.2.8

Die Periode der Funktion $\sin (x)$ ist $2 π$ , d. h., Werte werden sich alle $2 π$ rad in beide Richtungen wiederholen.

$x = 2 π n, π + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.4

Setze $3 - 4 \sin^{2} (x)$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 7.4.1

Setze $3 - 4 \sin^{2} (x)$ gleich $0$ .

$3 - 4 \sin^{2} (x) = 0$

Schritt 7.4.2

Löse $3 - 4 \sin^{2} (x) = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 7.4.2.1

Subtrahiere $3$ von beiden Seiten der Gleichung.

$- 4 \sin^{2} (x) = - 3$

Schritt 7.4.2.2

Teile jeden Ausdruck in $- 4 \sin^{2} (x) = - 3$ durch $- 4$ und vereinfache.

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Schritt 7.4.2.2.1

Teile jeden Ausdruck in $- 4 \sin^{2} (x) = - 3$ durch $- 4$ .

$\frac{- 4 \sin^{2} (x)}{- 4} = \frac{- 3}{- 4}$

Schritt 7.4.2.2.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 7.4.2.2.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $- 4$ .

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Schritt 7.4.2.2.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{- 4 \sin^{2} (x)}{- 4} = \frac{- 3}{- 4}$

Schritt 7.4.2.2.2.1.2

Dividiere $\sin^{2} (x)$ durch $1$ .

$\sin^{2} (x) = \frac{- 3}{- 4}$

Schritt 7.4.2.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 7.4.2.2.3.1

Dividieren zweier negativer Zahlen ergibt eine positive Zahl.

$\sin^{2} (x) = \frac{3}{4}$

Schritt 7.4.2.3

Take the specified root of both sides of the equation to eliminate the exponent on the left side.

$\sin (x) = \pm \sqrt{\frac{3}{4}}$

Schritt 7.4.2.4

Vereinfache $\pm \sqrt{\frac{3}{4}}$ .

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Schritt 7.4.2.4.1

Schreibe $\sqrt{\frac{3}{4}}$ als $\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{4}}$ um.

$\sin (x) = \pm \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{4}}$

Schritt 7.4.2.4.2

Vereinfache den Nenner.

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Schritt 7.4.2.4.2.1

Schreibe $4$ als $2^{2}$ um.

$\sin (x) = \pm \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2^{2}}}$

Schritt 7.4.2.4.2.2

Ziehe Terme aus der Wurzel heraus unter der Annahme positiver reeller Zahlen.

$\sin (x) = \pm \frac{\sqrt{3}}{2}$

Schritt 7.4.2.5

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

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Schritt 7.4.2.5.1

Verwende zunächst den positiven Wert des $\pm$ , um die erste Lösung zu finden.

$\sin (x) = \frac{\sqrt{3}}{2}$

Schritt 7.4.2.5.2

Als Nächstes verwende den negativen Wert von $\pm$ , um die zweite Lösung zu finden.

$\sin (x) = - \frac{\sqrt{3}}{2}$

Schritt 7.4.2.5.3

Die vollständige Lösung ist das Ergebnis des positiven und des negativen Teils der Lösung.

$\sin (x) = \frac{\sqrt{3}}{2}, - \frac{\sqrt{3}}{2}$

Schritt 7.4.2.6

Stelle jede der Lösungen auf, um sie nach $x$ aufzulösen.

$\sin (x) = \frac{\sqrt{3}}{2}$

$\sin (x) = - \frac{\sqrt{3}}{2}$

Schritt 7.4.2.7

Löse in $\sin (x) = \frac{\sqrt{3}}{2}$ nach $x$ auf.

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Schritt 7.4.2.7.1

Wende den inversen Sinus auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Sinus herauszuziehen.

$x = \arcsin (\frac{\sqrt{3}}{2})$

Schritt 7.4.2.7.2

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 7.4.2.7.2.1

Der genau Wert von $\arcsin (\frac{\sqrt{3}}{2})$ ist $\frac{π}{3}$ .

$x = \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.3

Die Sinusfunktion ist positiv im ersten und zweiten Quadranten. Um die zweite Lösung zu ermitteln, subtrahiere den Referenzwinkel von $π$ , um die Lösung im zweiten Quadranten zu finden.

$x = π - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.4

Vereinfache $π - \frac{π}{3}$ .

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Schritt 7.4.2.7.4.1

Um $π$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$x = π \cdot \frac{3}{3} - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.4.2

Kombiniere Brüche.

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Schritt 7.4.2.7.4.2.1

Kombiniere $π$ und $\frac{3}{3}$ .

$x = \frac{π \cdot 3}{3} - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.4.2.2

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$x = \frac{π \cdot 3 - π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.4.3

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 7.4.2.7.4.3.1

Bringe $3$ auf die linke Seite von $π$ .

$x = \frac{3 \cdot π - π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.4.3.2

Subtrahiere $π$ von $3 π$ .

$x = \frac{2 π}{3}$

Schritt 7.4.2.7.5

Ermittele die Periode von $\sin (x)$ .

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Schritt 7.4.2.7.5.1

Die Periode der Funktion kann mithilfe von $\frac{2 π}{| b |}$ berechnet werden.

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 7.4.2.7.5.2

Ersetze $b$ durch $1$ in der Formel für die Periode.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 7.4.2.7.5.3

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 7.4.2.7.5.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 7.4.2.7.6

Die Periode der Funktion $\sin (x)$ ist $2 π$ , d. h., Werte werden sich alle $2 π$ rad in beide Richtungen wiederholen.

$x = \frac{π}{3} + 2 π n, \frac{2 π}{3} + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.4.2.8

Löse in $\sin (x) = - \frac{\sqrt{3}}{2}$ nach $x$ auf.

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Schritt 7.4.2.8.1

Wende den inversen Sinus auf beide Seiten der Gleichung an, um $x$ aus dem Sinus herauszuziehen.

$x = \arcsin (- \frac{\sqrt{3}}{2})$

Schritt 7.4.2.8.2

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 7.4.2.8.2.1

Der genau Wert von $\arcsin (- \frac{\sqrt{3}}{2})$ ist $- \frac{π}{3}$ .

$x = - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.3

Die Sinusfunktion ist negativ im dritten und vierten Quadranten. Um die zweite Lösung zu finden, subtrahiere die Lösung von $2 π$ , um einen Referenzwinkel zu ermitteln. Addiere als nächstes diesen Referenzwinkel zu $π$ , um die Lösung im dritten Quadranten zu finden.

$x = 2 π + \frac{π}{3} + π$

Schritt 7.4.2.8.4

Vereinfache den Ausdruck, um die zweite Lösung zu ermitteln.

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Schritt 7.4.2.8.4.1

Subtrahiere $2 π$ von $2 π + \frac{π}{3} + π$ .

$x = 2 π + \frac{π}{3} + π - 2 π$

Schritt 7.4.2.8.4.2

Der resultierende Winkel von $\frac{4 π}{3}$ ist positiv, kleiner als $2 π$ und gleich $2 π + \frac{π}{3} + π$ .

$x = \frac{4 π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.5

Ermittele die Periode von $\sin (x)$ .

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Schritt 7.4.2.8.5.1

Die Periode der Funktion kann mithilfe von $\frac{2 π}{| b |}$ berechnet werden.

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 7.4.2.8.5.2

Ersetze $b$ durch $1$ in der Formel für die Periode.

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 7.4.2.8.5.3

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 7.4.2.8.5.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 7.4.2.8.6

Addiere $2 π$ zu jedem negativen Winkel, um positive Winkel zu erhalten.

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Schritt 7.4.2.8.6.1

Addiere $2 π$ zu $- \frac{π}{3}$ , um den positiven Winkel zu bestimmen.

$- \frac{π}{3} + 2 π$

Schritt 7.4.2.8.6.2

Um $2 π$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{3}{3}$ .

$2 π \cdot \frac{3}{3} - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.6.3

Kombiniere Brüche.

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Schritt 7.4.2.8.6.3.1

Kombiniere $2 π$ und $\frac{3}{3}$ .

$\frac{2 π \cdot 3}{3} - \frac{π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.6.3.2

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$\frac{2 π \cdot 3 - π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.6.4

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 7.4.2.8.6.4.1

Mutltipliziere $3$ mit $2$ .

$\frac{6 π - π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.6.4.2

Subtrahiere $π$ von $6 π$ .

$\frac{5 π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.6.5

Liste die neuen Winkel auf.

$x = \frac{5 π}{3}$

Schritt 7.4.2.8.7

Die Periode der Funktion $\sin (x)$ ist $2 π$ , d. h., Werte werden sich alle $2 π$ rad in beide Richtungen wiederholen.

$x = \frac{4 π}{3} + 2 π n, \frac{5 π}{3} + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.4.2.9

Liste alle Lösungen auf.

$x = \frac{π}{3} + 2 π n, \frac{2 π}{3} + 2 π n, \frac{4 π}{3} + 2 π n, \frac{5 π}{3} + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.4.2.10

Fasse die Lösungen zusammen.

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Schritt 7.4.2.10.1

Führe $\frac{π}{3} + 2 π n$ und $\frac{4 π}{3} + 2 π n$ zu $\frac{π}{3} + π n$ zusammen.

$x = \frac{π}{3} + π n, \frac{2 π}{3} + 2 π n, \frac{5 π}{3} + 2 π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.4.2.10.2

Führe $\frac{2 π}{3} + 2 π n$ und $\frac{5 π}{3} + 2 π n$ zu $\frac{2 π}{3} + π n$ zusammen.

$x = \frac{π}{3} + π n, \frac{2 π}{3} + π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 7.5

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $\sin^{2} (x) (3 - 4 \sin^{2} (x)) = 0$ wahr machen.

$x = 2 π n, π + 2 π n, \frac{π}{3} + π n, \frac{2 π}{3} + π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 8

Fasse die Ergebnisse zusammen.

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Schritt 8.1

Führe $2 π n$ und $π + 2 π n$ zu $π n$ zusammen.

$x = π n, \frac{π}{3} + π n, \frac{2 π}{3} + π n$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 8.2

Fasse die Ergebnisse zusammen.

$x = \frac{π n}{3}$ , für jede ganze Zahl $n$

Schritt 9

Verifiziere jede der Lösngen durch Einsetzen in $3 \cos (x) + 3 = 2 \sin^{2} (x)$ und Auflösen.

$x = \frac{2 π}{3} + \frac{π n}{3}$ , für jede ganze Zahl $n$