Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 82 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
82
Dung lượng
1,54 MB
Nội dung
Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THĂNG LONG Đỗ Thị Hiền MỘTSỐDẠNGPHƯƠNGTRÌNHLƯỢNGGIÁCVÀCÁCH GIẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ: TOÁN VÀ THỐNG KÊ Hà Nội - 2016 Footer Page of 126 Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THĂNG LONG Đỗ Thị Hiền - C00230 MỘTSỐDẠNGPHƯƠNGTRÌNHLƯỢNGGIÁCVÀCÁCH GIẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ: TOÁN VÀ THỐNG KÊ CHUYÊN NGÀNH: PHƯƠNG PHÁP TOÁN SƠ CẤP MÃ SỐ: 60460113 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Thị Hà Hà Nội - 2016 Footer Page of 126 Thang Long University Library Header Page of 126 MỤC LỤC CHƯƠNG KIẾN THỨC CHUẨN BỊ . 04 1.1 Các hàm số lượng giác 04 1.1.1 Định nghĩa các hàm số lượng giác . 04 1.1.2 Tính chất các hàm số lượng giác 05 1.1.3 Dấu các hàm số lượng giác 08 1.1.4 Giá trị lượng giác của một số góc đặc biệt 09 1.2 Công thức lượng giác 09 1.2.1 Các hệ thức cơ bản . 09 1.2.2 Tính chất các cung có liên quan đặc biệt . 10 1.2.3 Công thức lượng giác 10 CHƯƠNG PHƯƠNGTRÌNHLƯỢNGGIÁC 13 2.1 Phương trình lượng giác cơ bản 13 2.1.1 Phương trình sin x m 13 2.1.2 Phương trình cos x m 15 2.1.3 Phương trình tan x m 17 2.1.4 Phương trình cot x m 18 2.2 Một số dạng phương trình lượng giác 20 2.2.1 Phương trình lượng giác đưa về dạng cơ bản . 20 2.2.2 Phương trình lượng giác chứa ẩn ở mẫu 36 2.2.3 Phương trình lượng giác chứa dấu giá trị tuyệt đối 41 2.2.4 Phương trình lượng giác chứa căn . 47 2.2.5 Phương trình lượng giác chứa tham số 52 KẾT LUẬN . 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Page Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình toán phổ thông lượng giác đã được bắt đầu đưa vào phần kiến thức từ lớp 10 những năm đầu của bậc học. Các bài toán về phần này rất đa dạng và phong phú trong nhiều đề thi hiện nay. Trong đó phần kiến thức về phương trình lượng giác chiếm vai trò không nhỏ. Tuy nhiên phần kiến thức này luôn là những vấn đề không dễ đối với nhiều học sinh phổ thông, thêm nữa do thời gian hạn hẹp của chương trình học chỉ nêu được các dạng phương trình cơ bản và những phương trình bậc nhất, bậc hai đối với một hàm số lượng giác. Vì vậy học sinh thường gặp nhiều khó khăn lúng túng khi giải các bài toán không nằm trong chương trình mình được học. Đặc biệt hơn nữa, nhiều dạng toán về đại số và lượng giác có mối quan hệ chặt chẽ, khăng khít với nhau, không thể tách rời được. Nhiều bài toán lượng giác cần có sự trợ giúp của đại số, giải tích và ngược lại. Ta có thể dùng lượng giác để giải một số bài toán về phương trình và hệ phương trình trong đại số thông qua cách đặt ẩn phụ là những hàm lượng giác. Chính vì vậy để đáp ứng được nhu cầu về công tác giảng dạy, nâng cao trình độ chuyên môn của bản thân và góp phần nhỏ vào sự nghiệp giáo dục, luận văn “Một sốdạngphươngtrìnhlượnggiáccách giải” nhằm hệ thống lại kiến thức cơ bản của phương trình lượng giác, kết hợp với kiến thức đại số để chọn lọc và phân loại một số cách giải phương trình lượng giác. Với đề tài này tôi mong sẽ giúp cho các học sinh phổ thông có một tài liệu tham khảo về chủ đề giải phương trình lượng giác. Luận văn ngoài lời nói đầu, kết luận và tài liệu tham khảo gồm chương. Chương 1: Kiến thức chuẩn bị Trình bày lại định nghĩa các hàm số lượng giác, đồ thị các hàm số lượng giác và một số công thức lượng giác cơ bản. Chương 2: Phươngtrìnhlượnggiác Page Footer Page of 126 Thang Long University Library Header Page of 126 Trình bày phươngtrìnhlượnggiác bản: sin x m,cos x m, tan x m,cot x m , sốdạngphươngtrìnhlượnggiác đưa dạng bản, có phươngtrình bậc sin cos, phươngtrình bậc hai hàm sốlượng giác, phươngtrìnhđẳng cấp bậc hai sin cos, phươngtrình đối xứng sin cos, phươngtrình đối xứng với tan cot, phươngtrình chứa biểu thức đối xứng với sin n x,cosn x , tác giả giới thiệu dạngphươngtrìnhlượnggiác chứa ẩn mẫu, phươngtrình chứa dấu giá trị tuyệt đối, phươngtrìnhlượnggiác chứa phươngtrìnhlượnggiác chứa tham số Đặc biệt cuối chương tác giả trình bày phương pháp lượnggiác hóa áp dụng vào giải sốphươngtrình hệ phươngtrình đại số Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, em xin cảm ơn TS Lê Thị Hà người trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ em trình thực khóa luận Đồng thời em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất thầy cô khoa Toán, Trường Đại học Thăng Long dạy bảo giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp người thân bên cạnh giúp đỡ em học tập sống Mặc dù cố gắng, song thời gian trình độ hạn chế nên luận văn nhiều thiếu sót Rất mong thầy cô bạn học viên nhận xét, đóng góp ý kiến để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày 07 tháng 06 năm 2016 Học viên Đỗ Thị Hiền Page Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG KIẾN THỨC CHUẨN BỊ 1.1 CÁC HÀM SỐLƯỢNGGIÁC 1.1.1 Định nghĩa hàm sốlượnggiác Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, đường tròn lượng giác gốc A là đường tròn định hướng có bán kính R = 1. Điểm M nằm trên đường tròn sao cho cung AM khi đó: Tung độ y OQ của điểm M gọi là sin của α, hoành độ x OP điểm M gọi côsin α ký hiệu sau: Page Footer Page of 126 Thang Long University Library Header Page of 126 sin OQ cos OP sin OQ AR P O cos OP cos OP cot BT Q O sin OQ tan 1.1.2 Tính chất hàm sốlượnggiác a Hàm số y sin x Hàm số y sin x là hàm số lẻ vì sin x sin x Tập xác định: D Tập giá trị: 1;1 Hàm số y sin x tuần hoàn với chu kỳ 2 nên ta có: sin x k 2 sin x, k Do đó muốn khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số y sin x trên ta chỉ cần khảo sát và vẽ đồ thị hàm số trên 0; , sau đó lấy đối xứng đồ thị qua gốc O, ta được đồ thị trên đoạn ; , cuối cùng tịnh tiến đồ thị vừa thu được sang trái và sang phải theo trục hoành những đoạn có độ dài 2 ,4 , Đồ thị hàm số y sin x b Hàm số y cos x Page Footer Page of 126 Header Page of 126 Hàm số y cos x là hàm số chẵn vì cos x cos x Tập xác định: D Tập giá trị: 1;1 Hàm số y cos x tuần hoàn với chu kỳ 2 nên ta có: cos x k 2 cos x, k Do đó muốn khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số y cos x trên ta chỉ cần khảo sát và vẽ đồ thị hàm số trên 0; , sau đó lấy đối xứng đồ thị qua trục Oy, ta được đồ thị trên đoạn ; , cuối cùng tịnh tiến đồ thị vừa thu được sang trái và sang phải theo trục hoành những đoạn có độ dài 2 ,4 , Đồ thị hàm số y cos x c Hàm số y tan x Hàm số y tan x là hàm số lẻ vì tan x tan x Tập xác định: D \ k , k 2 Tập giá trị: Hàm số y tan x tuần hoàn với chu kỳ nên ta có: tan x k tan x, k . Page Footer Page of 126 Thang Long University Library Header Page of 126 Do đó muốn khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số y tan x trên ta chỉ cần khảo sát và vẽ đồ thị hàm số trên 0; , sau đó lấy đối xứng đồ 2 thị qua gốc O, ta được đồ thị trên đoạn ; , cuối cùng tịnh tiến đồ thị 2 vừa thu được sang trái và sang phải theo trục hoành những đoạn có độ dài ,2 , Đồ thị hàm số hàm số y tan x Đồ thị hàm số hàm số y tan x nhận mỗi đường thẳng x k làm một đường tiệm cận. d Hàm số y cot x Hàm số y cot x là hàm số lẻ vì cot x cot x Page Footer Page of 126 k , Header Page 10 of 126 Tập xác định: D \ k , k Tập giá trị: Hàm số y cot x tuần hoàn với chu kỳ nên ta có: cot x k cot x, k Do đó muốn khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số y cot x trên ta chỉ cần khảo sát và vẽ đồ thị hàm số trên 0; , sau đố lấy đối xứng đồ thị 2 qua gốc O, ta được đồ thị trên đoạn ; , cuối cùng tịnh tiến đồ thị vừa 2 thu được sang trái và sang phải theo trục hoành những đoạn có độ dài ,2 , Đồ thị hàm số y cot x Đồ thị hàm số y cot x nhận mỗi đường thẳng x k , k làm một đường tiệm cận. 1.1.3 Dấu hàm sốlượng giác Page Footer Page 10 of 126 Thang Long University Library Header Page 68 of 126 Phương trình (1) có dạng: u 1 u u 2(u 1) 2u u 1 u u 2 Với u ta có: sin cos sin( ) k 2 , k 4 (0; ) x Vậy phương trình có nghiệm duy nhất là: = √2. Bài tập 3. Giải phương trình: x6 (1 x2 )3 x Giải Điều kiện: x Đặt: x cos t với t 0; Phương trình đã cho được đưa về dạng: 3sin t 8(cos t sin t ) 3sin t 8(1 3cos t sin t ) 3sin t 6sin 2t sin t cos 4t cos 4t cos( t) k t 10 , k t k 9 5 0; t ; ; ; ; 10 10 Page 66 Footer Page 68 of 126 Thang Long University Library Header Page 69 of 126 x cos 10 x cos 9 cos 10 10 Từ đó ta tìm được nghiệm: x cos 5 x cos x Vậy phương trình đã cho có tập nghiệm là: ;0 S cos ; cos ; ; 10 2 10 Bài tập 4. Tìm các nghiệm của phương trình sau trên đoạn 1;1 (8x3 x)(8x 8x 1) x(2 x 1) (*) Giải Phương trình (*) x(2 x 1) (4 x3 3x)(8 x x 1) Xét phương trình với x 1;1 Đặt x cos t, với t 0; Phương trình trở thành: cos t cos 2t cos3t (8cos4 t 8cos2 t 1) cos t cos 2t cos3t 2(1 cos 2t )2 4(1 cos 2t ) 1 cos t cos 2t cos3t (2cos2 2t 1) cos t cos 2t cos3t cos 4t cos t cos3t cos t cos7t Page 67 Footer Page 69 of 126 Header Page 70 of 126 k t 3t 7t 2k , k k 3t 7t 2k t 2 3 4 t0; t 0; ; ; ; ; ; 5 5 Vậy phương trình đã cho có tập nghiệm là: 2 S 0; 1;cos ;cos 5 ;cos 3 4 ;cos 5 Bài tập 5. Giải phương trình: x x 3( x x ) 1 Giải x x2 Điều kiện: x x (*) 1 x Phương trình (1) tương đương với phương trình sau: 1 x x2 x x Với điều kiện (*) để khử dấu căn ta đặt: x cos với 0; 2 Khi đó phương trình được biến đổi về dạng: 1 cos cos4 cos cos2 sin cos 3( cos sin ) 2sin cos 3(cos sin ) Đặt: sin cos u,1 u u 1 Ta suy ra: sin cos Phương trình có dạng: Page 68 Footer Page 70 of 126 Thang Long University Library Header Page 71 of 126 u 1 3u u 3u u 1u u u sin cos sin( ) 2k x 1 x 2k 2 Vậy phương trình có nghiệm là x 1 hoặc x Bài tập 6. Giải phương trình: x (1 x)3 (1 x)3 x 2(1 x ) Giải Điều kiện: 1 x Nếu 1 x VT VP Nếu x Đặt x cos t , với t 0; 2 Phương trình được đưa về dạng: Vậy x t t sin t (2 cos3 2 sin ) sin t cos t 2 t t t t 2(sin cos )(cos sin )(1 sin t ) sin t cos t 2 2 2 cos t (1 sin t ) sin t cos t 2 cos t cos t là nghiệm duy nhất của phương trình. Bài tập 7. Giải phương trình: x3 x x Page 69 Footer Page 71 of 126 Header Page 72 of 126 Giải Điều kiện: x 2 Phương trình đã cho tương đương với: x3 3x x Nếu x VT x x( x 4) x x x VP Nếu 2 x Đặt: x 2cos t, t 0; Khi đó phương trình đã cho trở thành: 8cos3 t 6cos t 2cos t 2(4cos3 t 3cos t ) 2cos cos3t cos t t 2 t t t k 4 t 0; t 3t t k 2 t 4 x 2cos 4 Vậy nghiệm của phương trình là: x 2cos x 2cos 4 Bài tập 8. Giải phương trình: x 33 x Giải Đặt: u 3x 1 u 3x 1 u3 1 3x x3 3u Khi đó: x3 u 3(u x) u x Page 70 Footer Page 72 of 126 Thang Long University Library Header Page 73 of 126 ( x u )( x ux u 3) x u (vì x ux u ) Phương trình đã cho tương đương: x3 3x (*) Xét phương trình trên 2;2 , ta đặt x cos t , t Phương trình (*) được đưa về dạng: 2(4cos3 t 3cos t ) 2 k 2 t , k 2 4 8 0t t ; ; 9 cos3t 2 x 2cos 4 Vậy nghiệm của phương ttrình là: x 2cos x 2cos 8 Bài tập 9. Tìm m để phương trình sau có nghiệm: x x2 m Giải Điều kiện: x 1 x Đặt: x sin với ; 2 Phương trình đã cho trở thành: sin sin m sin cos m m sin có nghiệm khi và chỉ khi m 2; 4 Page 71 Footer Page 73 of 126 Header Page 74 of 126 Giải hệ phươngtrình Nhận xét: Có nhiều hệ phương trình trong đại số mà ta không dễ dàng giải được bằng những phương pháp của đại số. Nhưng khi lượng giác hóa đưa về những công thức cơ bản của lượng giác thì bài toán trở nên đơn giản hơn nhiều. Sau đây ta đi giải một số bài tập tiêu biểu của hệ phương trình trong đại số bằng phương pháp lượng giác hóa. 2y x 1 y Bài tập Giải hệ phương trình: 2x y 1 x2 Giải x tan Đặt: y tan với , ; 2 tan 1 tan tan sin tan Khi đó hệ được chuyển về dạng: sin tan tan tan 1 tan Ta đi xét 2 trường hợp sau: ) sin sin và ngược lại, suy ra x y là nghiệm của hệ. sin ) sin Nhân theo hai vế phương trình của hệ, ta được: sin 2 sin 2 tan tan 4cos cos cos cos cos cos (1) Ta biến đổi phương trình đầu của hệ về dạng: 2sin cos cos sin Page 72 Footer Page 74 of 126 Thang Long University Library Header Page 75 of 126 (*) sin sin , ; 2 (2) Thay (2) vào (1), ta được: cos2 1 (1 cos 2 ) 2 cos 2 k , k x y 1 k Khi đó nghiệm của hệ là: x y tan( ), k x y 1 Vậy hệ có ba cặp nghiệm. x y Bài tập Giải hệ phương trình: y x Giải Điều kiện: x , y x sin Đặt: , với , ; 2 y sin Ta biến đổi hệ phương trình về dạng: sin cos sin cos sin cos sin cos sin cos 2 sin cos 2 sin cos cos sin sin( ) sin cos sin cos( ) Page 73 Footer Page 75 of 126 Header Page 76 of 126 x y x y Vậy hệ phương trình có hai cặp nghiệm là: (0;0), (1;1). x y Bài tập 3. Giải hệ phương trình sau: y x2 Giải Điều kiện: x, y Đặt: x cos , y cos với , Khi đó hệ phương trình đã cho trở thành: cos sin sin cos sin cos cos sin sin cos sin cos 1 sin( ) sin( ) 2 sin( ) k k k 2n k 12 k sin(2 ) 5 2n k 12 6 x y cos 12 12 Do nên: 5 6 x y cos 12 12 Vậy hệ phương trình đã cho có hai cặp nghiệm. Page 74 Footer Page 76 of 126 Thang Long University Library Header Page 77 of 126 4y 1 y x Bài tập 4. Giải hệ phương trình: x y 1 x Giải Điều kiện: x, y 1 x tan Đặt: ( , ; \ ) 2 4 y tan Khi đó hệ đã cho được chuyển về dạng: tan 1 tan tan tan tan tan 2 tan tan tan 1 tan k 2l k , k , l 2 l 2k l k 2l x y x tan x 3, y y tan 2k l x 3, y Vậy hệ đã cho có 3 cặp nghiệm x3 (2 y) 16 Bài tập Giải hệ phương trình: 2 x( y 1) 12 Giải x3 1 y Hệ đã cho tương đương với hệ sau: x y Page 75 Footer Page 77 of 126 Header Page 78 of 126 8 x y Với điều kiện: ≠ 0. Biến đổi hệ trên về dạng: y x Đặt t , khi đó hệ đã cho trở thành: x t y y 3t t y 3(t y ) (t y )(t ty y 3) t y y3 y (*) Xét phương trình (*) trên 2; 2 Đặt y 2cos , với Khi đó từ (*) ta được: (4cos3 3cos ) k 2 , k 9 5 7 0 ; ; 9 9 1 cos3 2 Phương trình trên có bậc là ba nên ngoài 2; 2 , phương trình không còn nghiệm nào. Vậy hệ phương trình đã cho có ba cặp nghiệm là: ( 5 7 , 2cos ),( ;2cos ), ( ;2cos ) 7 cos 5 9 cos cos 9 x y y x Bài tập 6. Giải hệ phương trình: 2(1 y x xy ) Giải Page 76 Footer Page 78 of 126 Thang Long University Library Header Page 79 of 126 1 x x 1 x Điều kiện: 1 y y 1 y x cos Đặt: , với , 0; y cos Khi đó hệ phương trình đã cho trở thành: cos sin cos sin sin( ) 1 cos cos cos cos (1 cos )(1 cos ) 2 1 cos cos cos cos 1 cos sin sin cos sin cos sin cos 1 t2 Đặt: t sin cos , t 2; Suy ra sin cos t 1 t2 t 2; t Khi đó ta có: t t 2t t Với t thì ta có: sin cos sin 4 x k 0; 2 x k 2 x cos , 0; Với: 2 y cos0 Vậy hệ phương trình đã cho có một cặp nghiệm x; y 0;1 Page 77 Footer Page 79 of 126 Header Page 80 of 126 KẾT LUẬN Trong luận văn này tôi đã trình bày được những kết quả sau: Một số công thức lượng giác cơ bản, tính chất các hàm số lượng giác và đồ thị của các hàm số lượng giác. Các phương trình lượng giác cơ bản, cách giải và bài tập áp dụng. Giới thiệu các phương trình lượng giác cơ bản và một số dạng phương trình lượng giác khác, phương pháp giải và các bài tập áp dụng. Ứng dụng phương pháp lượng giác hóa vào giải một số phương trình và hệ phương trình trong đại số, phương pháp lượng giác hóa với mục đích thay đổi hình thức từ bài toán đại số sang bài toán lượng giác, vì vậy để giải quyết tốt một bài toán cần nắm vững kiến thức cơ bản của lượng giác. Page 78 Footer Page 80 of 126 Thang Long University Library Header Page 81 of 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quốc Anh, (2000), Tuyển tập 450 toán lượnggiác chọn lọc, NXB Quốc Gia Hà Nội. [2] Võ Đại Mau, (1996), Phươngtrình bất phươngtrìnhlượng giác, NXB Trẻ. [3] Trần Văn Hạo, (2001), Chuyên đề luyện thi vào đại học lượng giác, NXB Giáo Dục. [4] Trần Văn Hạo, Vũ Tuấn, (2006), Đại số giải tích 11, NXB Giáo Dục. [5] Trần Phương, (2008), Phương trìnhlượng giác, NXB Hà Nội. [6] Nguyễn Vũ Thanh, (2003), 225 Bài toán chọn lọc, NXB Trẻ. Page 79 Footer Page 81 of 126 Header Page 82 of 126 Footer Page 82 of 126 Thang Long University Library ... Các nghiệm này thỏa mãn điều kiện của phương trình. Vậy phương trình đã cho có hai họ nghiệm. 2.2 MỘT SỐ DẠNG PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC 2.2.1 Phương trình lượng giác đưa dạng bản I Phương pháp Bước 1: Dùng công thức lượng giác, biến đổi phương trình đã cho về dạng cơ ... phương trình chứa dấu giá trị tuyệt đối, phương trình lượng giác chứa phương trình lượng giác chứa tham số Đặc biệt cuối chương tác giả trình bày phương pháp lượng giác hóa áp dụng vào giải số phương. .. trình lượng giác bản: sin x m,cos x m, tan x m,cot x m , số dạng phương trình lượng giác đưa dạng bản, có phương trình bậc sin cos, phương trình bậc hai hàm số lượng giác, phương trình đẳng