三角学示例

$\cos (2 x) + 3 = 5 \cos (x)$

解题步骤 1

从等式两边同时减去 $5 \cos (x)$ 。

$\cos (2 x) + 3 - 5 \cos (x) = 0$

解题步骤 2

化简等式左边。

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解题步骤 2.1

使用倍角公式把 $\cos (2 x)$ 转换为 $2 \cos^{2} (x) - 1$ 。

$2 \cos^{2} (x) - 1 + 3 - 5 \cos (x) = 0$

解题步骤 2.2

将 $- 1$ 和 $3$ 相加。

$2 \cos^{2} (x) + 2 - 5 \cos (x) = 0$

解题步骤 3

分组因式分解。

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解题步骤 3.1

重新排序项。

$2 \cos^{2} (x) - 5 \cos (x) + 2 = 0$

解题步骤 3.2

对于 $a x^{2} + b x + c$ 形式的多项式，将其中间项重写为两项之和，这两项的乘积为 $a \cdot c = 2 \cdot 2 = 4$ 并且它们的和为 $b = - 5$ 。

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解题步骤 3.2.1

从 $- 5 \cos (x)$ 中分解出因数 $- 5$ 。

$2 \cos^{2} (x) - 5 \cos (x) + 2 = 0$

解题步骤 3.2.2

把 $- 5$ 重写为 $- 1$ 加 $- 4$

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

解题步骤 3.2.3

运用分配律。

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

解题步骤 3.3

从每组中因式分解出最大公因数。

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解题步骤 3.3.1

将首两项和最后两项分成两组。

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

解题步骤 3.3.2

从每组中因式分解出最大公因数 (GCF)。

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

解题步骤 3.4

通过因式分解出最大公因数 $2 \cos (x) - 1$ 来因式分解多项式。

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

解题步骤 4

如果等式左侧的任一因数等于 $0$ ，则整个表达式将等于 $0$ 。

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

$\cos (x) - 2 = 0$

解题步骤 5

将 $2 \cos (x) - 1$ 设为等于 $0$ 并求解 $x$ 。

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解题步骤 5.1

将 $2 \cos (x) - 1$ 设为等于 $0$ 。

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

解题步骤 5.2

求解 $x$ 的 $2 \cos (x) - 1 = 0$ 。

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解题步骤 5.2.1

在等式两边都加上 $1$ 。

$2 \cos (x) = 1$

解题步骤 5.2.2

将 $2 \cos (x) = 1$ 中的每一项除以 $2$ 并化简。

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解题步骤 5.2.2.1

将 $2 \cos (x) = 1$ 中的每一项都除以 $2$ 。

$\frac{2 \cos (x)}{2} = \frac{1}{2}$

解题步骤 5.2.2.2

化简左边。

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解题步骤 5.2.2.2.1

约去 $2$ 的公因数。

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解题步骤 5.2.2.2.1.1

约去公因数。

$\frac{2 \cos (x)}{2} = \frac{1}{2}$

解题步骤 5.2.2.2.1.2

用 $\cos (x)$ 除以 $1$ 。

$\cos (x) = \frac{1}{2}$

解题步骤 5.2.3

取方程两边的逆余弦从而提取余弦内的 $x$ 。

$x = \arccos (\frac{1}{2})$

解题步骤 5.2.4

化简右边。

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解题步骤 5.2.4.1

$\arccos (\frac{1}{2})$ 的准确值为 $\frac{π}{3}$ 。

$x = \frac{π}{3}$

解题步骤 5.2.5

余弦函数在第一象限和第四象限恒为正。要求第二个解，从 $2 π$ 中减去参考角即可求出第四象限中的解。

$x = 2 π - \frac{π}{3}$

解题步骤 5.2.6

化简 $2 π - \frac{π}{3}$ 。

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解题步骤 5.2.6.1

要将 $2 π$ 写成带有公分母的分数，请乘以 $\frac{3}{3}$ 。

$x = 2 π \cdot \frac{3}{3} - \frac{π}{3}$

解题步骤 5.2.6.2

合并分数。

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解题步骤 5.2.6.2.1

组合 $2 π$ 和 $\frac{3}{3}$ 。

$x = \frac{2 π \cdot 3}{3} - \frac{π}{3}$

解题步骤 5.2.6.2.2

在公分母上合并分子。

$x = \frac{2 π \cdot 3 - π}{3}$

解题步骤 5.2.6.3

化简分子。

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解题步骤 5.2.6.3.1

将 $3$ 乘以 $2$ 。

$x = \frac{6 π - π}{3}$

解题步骤 5.2.6.3.2

从 $6 π$ 中减去 $π$ 。

$x = \frac{5 π}{3}$

解题步骤 5.2.7

求 $\cos (x)$ 的周期。

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解题步骤 5.2.7.1

函数的周期可利用 $\frac{2 π}{| b |}$ 进行计算。

$\frac{2 π}{| b |}$

解题步骤 5.2.7.2

使用周期公式中的 $1$ 替换 $b$ 。

$\frac{2 π}{| 1 |}$

解题步骤 5.2.7.3

绝对值就是一个数和零之间的距离。 $0$ 和 $1$ 之间的距离为 $1$ 。

$\frac{2 π}{1}$

解题步骤 5.2.7.4

用 $2 π$ 除以 $1$ 。

$2 π$

解题步骤 5.2.8

$\cos (x)$ 函数的周期为 $2 π$ ，所以函数值在两个方向上每隔 $2 π$ 弧度将重复出现。

$x = \frac{π}{3} + 2 π n, \frac{5 π}{3} + 2 π n$ ，对于任意整数 $n$

解题步骤 6

将 $\cos (x) - 2$ 设为等于 $0$ 并求解 $x$ 。

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解题步骤 6.1

将 $\cos (x) - 2$ 设为等于 $0$ 。

$\cos (x) - 2 = 0$

解题步骤 6.2

求解 $x$ 的 $\cos (x) - 2 = 0$ 。

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解题步骤 6.2.1

在等式两边都加上 $2$ 。

$\cos (x) = 2$

解题步骤 6.2.2

余弦的值域是 $- 1 \leq y \leq 1$ 。因为 $2$ 不在值域中，所以无解。

无解

解题步骤 7

最终解为使 $(2 \cos (x) - 1) (\cos (x) - 2) = 0$ 成立的所有值。

$x = \frac{π}{3} + 2 π n, \frac{5 π}{3} + 2 π n$ ，对于任意整数 $n$

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