13。三角方程式・不等式

1.三角方程式の見える化
[b][size=150]<sinA=a>[/size][/b][br] ・[color=#0000ff][b]単位円とy軸に垂直な直線y=a[/b][/color]の交点で、[b]特殊解の個数は0,1,2[/b]。[br] 解が1個の場合はa=1または−1のときに限る。[br]  [color=#0000ff][b]解が2個[/b][/color]の場合はaの絶対値が1未満で、[color=#0000ff][b]A=p,πーpでy軸対称[/b][/color]。[br] ・関数グラフの場合[br] [color=#0000ff][b]横軸が弧度x[/b][/color]となる。y=sinAとy軸に垂直な直線y=aの交点のx座標が解になる。[br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、2sin²xー√2sinx=0の解x」は?[br] sinx(sinx-√2/2)=0から、sinx=0または√2/2となり、x=0,π,1/4π,3/4π。[br][b][size=150]<cosA=b>[br][/size][/b] ・[color=#0000ff][b]単位円とx軸に垂直な直線x=b[/b][/color]の交点で、特殊解の個数は0,1,2。[br]  解が1個の場合はb=1または−1のときに限る。[br]  解が2個の場合はbの絶対値が1未満で、[color=#0000ff][b]A=p,ーp(2πーp)でx軸対称[/b][/color]。[br] ・関数グラフの場合[br]  [color=#0000ff][b]横軸が弧度x[/b][/color]となる。y=cosAとy軸に垂直な直線y=bの交点のx座標が解になる。[br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、cos²xー1/2cosx=0の解x」は?[br] cosx(cosx-1/2)=0から、cosx=0または1/2となり、x=1/2π,3/2π,1/3π,5/3π。[br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、cos2x+cosx=0の解x」は?[br] 2倍角公式cos2x=2cos[sup]2[/sup]x-1から、2cos[sup]2[/sup]x+cosx-1=(2cosx-1)(cosx+1)=0 cosx=-1,1/2[br] x=1/3π,π,5/3π。[br][b][size=150]<tanA=c>[/size][/b][br] ・単位円と原点を通る直線y=cxの交点で、特殊解の個数は2個。[br]  [color=#0000ff][b]解はA=p,p+π[/b][/color][br] ・関数グラフの場合[br]  横軸が弧度xとなる。y=tanAとy軸に垂直な直線y=cの交点のx座標が解になる。[br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、tan²xー1=0の解x」は?[br] tanx=1,-1から、x=1/4π,3/4π,5/4π,7/4π。
2.三角不等式の解法
基本は等式を満たす解の弧度を求めること。[br]単位円などをかいて、範囲を明確にとらえる。[br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、sinxの絶対値が1/2以下のxの範囲」は?[br] sinx=1/2になるx=1/6π,5/6π。この2解の間(範囲1)ではsinx>1/2[br] sinx=-1/2になるx=7/6π,11/6π。この2解の間(範囲2)ではsinx<-1/2[br] したがって、0以上2π未満から範囲1,2を除く。[br] 0以上1/6π以下、5/6π以上7/6π以下、11/6π以上2π未満。 [br][color=#0000ff](例)「[/color]xが2π未満の非負の実数のとき、cos2x+sinxが非負のxの範囲」は?[br] 2倍角公式cos2x=1-2sin[sup]2[/sup]xから、[br] -2sin[sup]2[/sup]x+sinx+1=-(2sin[sup]2[/sup]x-sinx-1)=-(2sinx+1)(sinx-1)が非負 sinxは-1/2以上1以下。[br] sinx=-1/2がx=7/6π、11/6πのときで、1以下は常だから、[br] 0以上7/6π以下、11/6π以上2π未満。 
3.三角方程式と変数
<解と解の対応>[br]三角方程式f(x)=aでg(x)=sinx=tなどをtとおきf(x)=h(t)=yとする。[br]y=h(t)とy=aの交点の個数の変化を調べる場合、[br][color=#0000ff]t軸からyの変化を調べるのではなく、逆関数のようにy軸の値を基準にして調べる。[br][/color]交点があれば、解のt座標をg(x)=tに入れて、さらにxの個数を調べる。[br][color=#0000ff](例)「[/color][math]f\left(x\right)=2sin^2x+4sinx+3cos2x=a[/math](xは2π未満の非負)が異なる4個の解をもつaの範囲」は?[br][br]g(x)=sinx=tとおくと、f(x)=2t[sup]2[/sup]+4t+3(1-2t[sup]2[/sup])=-4t[sup]2[/sup]+4t+3=-4(t-1/2)[sup]2[/sup]+4=h(t)とおく。[br]gの値域の絶対値は1以下。hの軸は変域内で正による。[br]h(-1)=-4-4+3=-5 からhは増加し、h(1/2)=4で最大、そこからh(1)=-4+4+3=3まで減る。[br]y=h(t)のグラフとy=aの交点の調べる。[br]y=h(t)をt軸ではなくて、[color=#0000ff][b]y軸からみる[/b][/color]。[br][br]・y<-5では、[u]交点なし[/u]。[br]・y=-5のとき交点があり、t=-1のときだからsinx=-1の解は1個。[br]・y=3のときt=1に限らず、グラフの対称性からt=1/2×2-1=0でもh(0)=3となる。[br] t=1=sinxの解は1個、t=0=sinxの解は2個、[u]合計で3個ある[/u]。[br]・その手前のyが-5と3の間ではtは-1と0の間で変化。t=1,-1以外ではt=sinxの[u]解は2個[/u]。[br]・y=4のとき交点があり、t=1/2に限る。sinx=1/2の[u]解は2個[/u]。[br]・その手間のyが3と4の間では、tは0と1/2の間、1/2と1の間の2点で交わる。[br]しかも、それぞれのtの絶対値は1未満だから、[u]t=sinxが2個ずつ解[/u]がある。合計2×2=[u]4個の解[/u]がある。[br]aは3と4の間。

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