Математика / Дипломная работа: Применение тригонометрической подстановки для решения алгебраических задач

Дипломная работа: Применение тригонометрической подстановки для решения алгебраических задач

Возведем в квадрат уравнение первой системы совокупности, получим

Пусть , тогда . Уравнение перепишется в виде

Проверкой устанавливаем, что – корень, тогда делением многочлена на двучлен получаем разложение правой части уравнения на множители

От переменной перейдем к переменной , получим

Условию удовлетворяют два значения

Подставив эти значения в исходное уравнение, получаем, что – корень.

Решая аналогично уравнение второй системы исходной совокупности, находим, что тоже корень.

Ответ: .

Если в предыдущем примере алгебраическое решение и решение с помощью тригонометрической подстановки были равноценны, то в данном случае решение подстановкой выгоднее. При решении уравнения средствами алгебры приходится решать совокупность из двух уравнений, то есть дважды возводить в квадрат. После этого неравносильного преобразования получаются два уравнения четвертой степени с иррациональными коэффициентами, избавиться от которых помогает замена. Еще одна трудность – проверка найденных решений подстановкой в исходное уравнение.

Пример 3 . Решите уравнение

[31].

Решение с помощью тригонометрической подстановки

Так как , то . Заметим, что отрицательное значение неизвестного не может быть решением задачи. Действительно, преобразуем исходное уравнение к виду

Множитель в скобках в левой части уравнения положительный, правая часть уравнения тоже положительная, поэтому множитель в левой части уравнения не может быть отрицательным. Вот почему , тогда , поэтому можно положить Исходное уравнение перепишется в виде

Так как , то и . Уравнение примет вид

Пусть . Перейдем от уравнения к равносильной системе

Числа и являются корнями квадратного уравнения

Ответ: .

Алгебраическое решение

Возведем обе части уравнения в квадрат

Введем замену , тогда уравнение запишется в виде

Второй корень является лишним, поэтому рассмотрим уравнение

Так как , то .

Ответ: .

В данном случае алгебраическое решение в техническом плане проще, но рассмотреть приведенное решение с помощью тригонометрической подстановки следует обязательно. Это связано, во-первых, с нестандартностью самой подстановки, которая разрушает стереотип, что применение тригонометрической подстановки возможно лишь, когда . Оказывается, если тригонометрическая подстановка тоже находит применение. Во-вторых, представляет определенную трудность решение тригонометрического уравнения , которое сводится введением замены к системе уравнений. В определенном смысле эту замену тоже можно считать нестандартной, а знакомство с ней позволяет обогатить арсенал приемов и методов решения тригонометрических уравнений.