Elementarmathematik Beispiele

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

Schritt 1

Faktorisiere die linke Seite der Gleichung.

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Schritt 1.1

Es sei $u = \cos (x)$ . Ersetze $u$ für alle $\cos (x)$ .

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

Schritt 1.2

Faktorisiere durch Gruppieren.

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Schritt 1.2.1

Für ein Polynom der Form $a x^{2} + b x + c$ schreibe den mittleren Term als eine Summe zweier Terme um, deren Produkt gleich $a \cdot c = 2 \cdot - 3 = - 6$ und deren Summe gleich $b = - 1$ ist.

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Schritt 1.2.1.1

Faktorisiere $- 1$ aus $- u$ heraus.

$2 u^{2} - (u) - 3 = 0$

Schritt 1.2.1.2

Schreibe $- 1$ um als $2$ plus $- 3$

$2 u^{2} + (2 - 3) u - 3 = 0$

Schritt 1.2.1.3

Wende das Distributivgesetz an.

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

Schritt 1.2.2

Klammere den größten gemeinsamen Teiler aus jeder Gruppe aus.

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Schritt 1.2.2.1

Gruppiere die ersten beiden Terme und die letzten beiden Terme.

$(2 u^{2} + 2 u) - 3 u - 3 = 0$

Schritt 1.2.2.2

Klammere den größten gemeinsamen Teiler (ggT) aus jeder Gruppe aus.

$2 u (u + 1) - 3 (u + 1) = 0$

Schritt 1.2.3

Faktorisiere das Polynom durch Ausklammern des größten gemeinsamen Teilers, $u + 1$ .

$(u + 1) (2 u - 3) = 0$

Schritt 1.3

Ersetze alle $u$ durch $\cos (x)$ .

$(\cos (x) + 1) (2 \cos (x) - 3) = 0$

Schritt 2

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

$\cos (x) + 1 = 0$

$2 \cos (x) - 3 = 0$

Schritt 3

Setze $\cos (x) + 1$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 3.1

Setze $\cos (x) + 1$ gleich $0$ .

$\cos (x) + 1 = 0$

Schritt 3.2

Löse $\cos (x) + 1 = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 3.2.1

Subtrahiere $1$ von beiden Seiten der Gleichung.

$\cos (x) = - 1$

Schritt 3.2.2

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

$x = \arccos (- 1)$

Schritt 3.2.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 3.2.3.1

Der genau Wert von $\arccos (- 1)$ ist $π$ .

$x = π$

Schritt 3.2.4

Die Cosinus-Funktion ist im zweiten und dritten Quadranten negativ. Um die zweite Lösung zu finden, subtrahiere den Referenzwinkel von $2 π$ , um die Lösung im dritten Quadranten zu finden.

$x = 2 π - π$

Schritt 3.2.5

Subtrahiere $π$ von $2 π$ .

$x = π$

Schritt 3.2.6

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

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Schritt 3.2.6.1

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

$\frac{2 π}{| b |}$

Schritt 3.2.6.2

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

$\frac{2 π}{| 1 |}$

Schritt 3.2.6.3

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

$\frac{2 π}{1}$

Schritt 3.2.6.4

Dividiere $2 π$ durch $1$ .

$2 π$

Schritt 3.2.7

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

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

Schritt 4

Setze $2 \cos (x) - 3$ gleich $0$ und löse nach $x$ auf.

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Schritt 4.1

Setze $2 \cos (x) - 3$ gleich $0$ .

$2 \cos (x) - 3 = 0$

Schritt 4.2

Löse $2 \cos (x) - 3 = 0$ nach $x$ auf.

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Schritt 4.2.1

Addiere $3$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$2 \cos (x) = 3$

Schritt 4.2.2

Teile jeden Ausdruck in $2 \cos (x) = 3$ durch $2$ und vereinfache.

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Schritt 4.2.2.1

Teile jeden Ausdruck in $2 \cos (x) = 3$ durch $2$ .

$\frac{2 \cos (x)}{2} = \frac{3}{2}$

Schritt 4.2.2.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 4.2.2.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 4.2.2.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{2 \cos (x)}{2} = \frac{3}{2}$

Schritt 4.2.2.2.1.2

Dividiere $\cos (x)$ durch $1$ .

$\cos (x) = \frac{3}{2}$

Schritt 4.2.3

Der Wertebereich des Cosinus ist $- 1 \leq y \leq 1$ . Da $\frac{3}{2}$ nicht in diesen Bereich fällt, gibt es keine Lösung.

Keine Lösung

Schritt 5

Die endgültige Lösung sind alle Werte, die $(\cos (x) + 1) (2 \cos (x) - 3) = 0$ wahr machen.

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