最簡三角方程

最簡三角方程(simplest trigonometric equation)亦稱基本三角方程,是指含有未知角的基本三角方程,若f(x)是基本三角函式,則f(x)=m(m∈R)稱為最簡三角方程,凡能用初等方法求解的三角方程,一般都可以通過恆等變換或代數方法歸結為解一個或幾個這樣的最簡三角方程,它們的解集的交或並就是原方程的解。

基本概念

最簡三角方程 最簡三角方程

設 是x的基本三角函式,我們稱方程

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為最簡三角方程,即最簡三角方程是形如 , , , , , 的幾種三角方程,其中a是已知數。

求解最簡三角方程

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求解最簡三角方程 ,就是由函式值a來求出函式 相應自變數的一切值。由於基本三角函式S(x)是周期函式,故可先考慮在一個周期內的對應a的一切x值,再加上周期的整數倍,即得滿足 的一切x值。

我們先來討論最簡三角方程

最簡三角方程 最簡三角方程
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顯然,根據正弦函式 的值域為 ,故而,當 時,方程(1)無解。

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現在討論 的情況。我們知道,正弦函式 的周期為 ,故可先在一個周期內求出方程(1)的解。考慮到反正弦函式的值域是 ,故我們選擇一個周期 來討論。

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在單位圓中,正弦線等於a的角一般有兩個(當 時,看成該兩角相重):當 時,這兩角分別在 和 中;當 時,這兩角分別在 和 中,見圖1。

圖1(i)a>0 圖1(i)a>0
圖1(ii)a<0 圖1(ii)a<0
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我們知道,在 中, 有一個解,可用反三角函式來表示:因 ,其中 ,故

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從圖1可以看出,在 中, 有一個解,可表示成

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根據三角函式的周期性, 、 將和 、 取得相同的函式值a;而由單位圓知,凡有函式值為a的角x必在 或 之中。所以,這就求得了最簡三角方程sinx=a的解為

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這裡,k為整數。

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隨著k取一切整數值,(4)和(5)包含了方程(1)的一切解。在方程(1)的無窮多個解中,可看成是或與 關於 同餘(即被 除得的餘數相同,或說成方程的解與 相差 的整倍數),或與 關於 同餘。我們稱(4)和(5)為方程(1)的 通解

一般說來,一個三角方程雖有無窮多個解,但互不同餘的解之個數是有限的、要求出三角方程的通解,就須求出有限組互不同餘的解。

在通解(4)、(5)中,注意到π前面係數的奇、偶性和式中的+、-號關係,可把(4)、(5) 兩式統一寫成

最簡三角方程 最簡三角方程

最簡三角方程的解集列表

循著以上同樣的思想方法,可求得各個最簡三角方程的解,最簡三角方程的解集列表如下:

方程分類方 程 的 解集
最簡三角方程 最簡三角方程
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