Phương trình lượng giác cơ bản - Phần 1

A. Phương pháp giải Phương trình lượng giác cơ bản

1. Phương trình \( \sin u=a \).

Trường hợp  \( \left| a \right|>1\xrightarrow{{}} \)Phương trình vô nghiệm, vì  \( -1\le \sin u\le 1 \).

Trường hợp  \( \left| a \right|\le 1\xrightarrow{{}} \)Phương trình có nghiệm, cụ thể:

+  \( a\in \left\{ 0;\pm \frac{1}{2};\pm \frac{\sqrt{2}}{2};\pm \frac{\sqrt{3}}{2};\pm 1 \right\} \), khi đó: \(\sin u=a=\sin v\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & u=v+k2\pi  \\  & u=\pi -v+k2\pi  \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z}\).

+  \( a\notin \left\{ 0;\pm \frac{1}{2};\pm \frac{\sqrt{2}}{2};\pm \frac{\sqrt{3}}{2};\pm 1 \right\} \), khi đó: \(\sin u=a\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & u=\arcsin a+k2\pi  \\  & u=\pi -\arcsin a+k2\pi  \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z}\).

2. Phương trình \( \cos u=a \).

Trường hợp  \( \left| a \right|>1\xrightarrow{{}} \)Phương trình vô nghiệm, vì  \( -1\le \cos u\le 1 \).

Trường hợp  \( \left| a \right|\le 1\xrightarrow{{}} \)Phương trình có nghiệm, cụ thể:

+  \( a\in \left\{ 0;\pm \frac{1}{2};\pm \frac{\sqrt{2}}{2};\pm \frac{\sqrt{3}}{2};\pm 1 \right\} \), khi đó:  \( \cos u=a=\cos v\Leftrightarrow u=\pm v+k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

+  \( a\notin \left\{ 0;\pm \frac{1}{2};\pm \frac{\sqrt{2}}{2};\pm \frac{\sqrt{3}}{2};\pm 1 \right\} \), khi đó: \(\cos u=a\Leftrightarrow u=\pm \arccos a+k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z}\).

3. Phương trình \( \tan u=a \).

Điều kiện:  \( u\ne \frac{\pi }{2}+h\pi ,\text{ }h\in \mathbb{Z}\text{ }(do\text{ }\cos u\ne 0) \).

+ \( a\in \left\{ 0;\pm \frac{\sqrt{3}}{3};\pm 1;\pm \sqrt{3} \right\}\), khi đó: \(\tan u=a=\tan v\Leftrightarrow u=v+k\pi ,\text{ }(k\in \mathbb{Z})\).

+ \( a\notin \left\{ 0;\pm \frac{\sqrt{3}}{3};\pm 1;\pm \sqrt{3} \right\}\), khi đó: \(\tan u=a\Leftrightarrow u=\arctan a+k\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z}\).

4. Phương trình \( \cot u=a \).

Điều kiện:  \( u\ne h\pi ,\text{ }h\in \mathbb{Z}\text{ }(do\text{ }\sin u\ne 0) \).

+ \( a\in \left\{ 0;\pm \frac{\sqrt{3}}{3};\pm 1;\pm \sqrt{3} \right\}\), khi đó: \(\cot u=a=\cot v\Leftrightarrow u=v+k\pi ,\text{ }(k\in \mathbb{Z})\).

+ \( a\notin \left\{ 0;\pm \frac{\sqrt{3}}{3};\pm 1;\pm \sqrt{3} \right\}\), khi đó: \(\cot u=a\Leftrightarrow u=arccot a+k\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z}\).

5. Đặc biệt:

+  \( \sin u=0\Leftrightarrow u=k\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \)

+  \( \sin u=1\Leftrightarrow u=\frac{\pi }{2}+k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

+  \( \sin u=-1\Leftrightarrow u=-\frac{\pi }{2}+k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

+  \( \cos u=0\Leftrightarrow u=\frac{\pi }{2}+k\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \)

+  \( \cos u=1\Leftrightarrow u=k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

+  \( \cos u=-1\Leftrightarrow u=\pi +k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

6. Chú ý:

+  \( \sin u\ne 0\Leftrightarrow \cos u\ne \pm 1 \),  \( \cos u\ne 0\Leftrightarrow \sin u\ne \pm 1 \).

+ Khi giải các phương trình lượng giác có chứa  \( \tan u,\text{ }\cot u \), có ẩn ở mẫu hay chứa căn bậc chẵn,… ta phải đặt điều kiện để phương trình xác định.

+ Ta sẽ dùng các cách sau đây để kiểm tra điều kiện xem có nhận nghiệm hay không:

  • Thay các giá trị x tìm được vào điều kiện thử lại xem có thỏa
  • Hoặc biểu diễn các ngọn cung điều kiện và các ngọn cung tìm được trên cùng một đường tròn lượng giác. Ta sẽ loại bỏ ngọn cung của nghiệm khi có trùng với ngọn cung của điều kiện.
  • Hoặc so sánh với các điều kiện trong quá trình giải phương trình.

B. Bài tập có hướng dẫn giải

Câu 1. (KD – 2002) Tìm \( x\in [0;14] \) nghiệm đúng phương trình:  \( \cos 3x-4\cos 2x+3\cos x-4=0 \)  (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có:  \( (*)\Leftrightarrow \left( 4{{\cos }^{3}}x-3cosx \right)-4(2{{\cos }^{2}}x-1)+3\cos x-4=0 \)

 \( \Leftrightarrow 4{{\cos }^{3}}x-8cos{{x}^{2}}=0\Leftrightarrow 4{{\cos }^{2}}x(cosx-2)=0 \)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos x=0\text{ }(n) \\  & \cos x=2\text{ }(\ell ) \\ \end{align} \right. \) (Do  \( -1\le \cos x\le 1 \))

 \( \Leftrightarrow x=\frac{\pi }{2}+k\pi \text{ }(k\in \mathbb{Z}) \)

Ta có:  \( x\in [0;14]\Leftrightarrow 0\le \frac{\pi }{2}+k\pi \le 14\Leftrightarrow -\frac{\pi }{2}\le k\pi \le 14-\frac{\pi }{2}\Leftrightarrow -\frac{1}{2}\le k\le \frac{14}{\pi }-\frac{1}{2}\approx 3,9 \)

Mà  \( k\in \mathbb{Z} \) nên  \( k\in \{0;1;2;3\} \). Do đó: \(x\in \left\{ \frac{\pi }{2};\frac{3\pi }{2};\frac{5\pi }{2};\frac{7\pi }{2} \right\}\).

Câu 2. (KD – 2004) Giải phương trình: \( (2\cos x-1)(2\sin x+\cos x)=\sin 2x-\sin x \)  (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có (*) \( \Leftrightarrow (2\cos x-1)(2\sin x+\cos x)=\sin x(2\cos x-1) \)

 \( \Leftrightarrow (2\cos x-1)\left[ (2\sin x+\cos x)-\sin x \right]=0\Leftrightarrow (2\cos x-1)(\sin x+\cos x)=0 \)

\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos x=\frac{1}{2} \\  & \sin x=-\cos x \\ \end{align} \right.\)\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align} & \cos x=\cos \frac{\pi }{3} \\  & \tan x=-1=\tan \left( -\frac{\pi }{4} \right) \\ \end{align} \right.\)\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\pm \frac{\pi }{3}=k2\pi  \\  & x=-\frac{\pi }{4}+k\pi  \\ \end{align} \right.\text{ }(k\in \mathbb{Z})\).

Câu 3. Giải phương trình: \( \cos x+\cos 2x+\cos 3x+\cos 4x=0 \)  (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*)  \( \Leftrightarrow (\cos x+\cos 3x)+(\cos 2x+\cos 4x)=0\Leftrightarrow 2\cos 2x.\cos x+2\cos 3x.\cos x=0 \)

 \( \Leftrightarrow 2\cos x(\cos 3x+\cos x)=0\Leftrightarrow 4\cos x.\cos \frac{5x}{2}.\cos \frac{x}{2}=0\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos x=0 \\  & \cos \frac{5\pi }{2}=0 \\  & \cos \frac{x}{2}=0 \\ \end{align} \right. \)

\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & \frac{x}{2}=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & \frac{5x}{2}=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\ \end{align} \right.\)\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & x=\pi +k2\pi  \\  & x=\frac{\pi }{5}+\frac{k2\pi }{5} \\ \end{align} \right.,\text{ }(k\in \mathbb{Z})\).

Câu 4. Giải phương trình: \( {{\sin }^{2}}x+{{\sin }^{2}}3x=co{{s}^{2}}2x+{{\cos }^{2}}4x \)   (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*) \( \Leftrightarrow \frac{1}{2}(1-\cos 2x)+\frac{1}{2}(1-\cos 6x)=\frac{1}{2}(1+\cos 4x)+\frac{1}{2}(1+\cos 8x) \)

\(\Leftrightarrow -(\cos 2x+\cos 6x)=\cos 4x+\cos 8x\Leftrightarrow -2\cos 4x\cos 2x=2\cos 6x\cos 2x\)

\(\Leftrightarrow 2\cos 2x(\cos 6x+\cos 4x)=0\Leftrightarrow 4\cos 2x\cos 5x\cos x=0\Leftrightarrow \left[ \begin{align} & \cos 2x=0 \\  & \cos 5x=0 \\  & \cos x=0 \\ \end{align} \right.\)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & 2x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & 5x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{\pi }{4}+\frac{k\pi }{2} \\  & x=\frac{\pi }{10}+\frac{k\pi }{5} \\  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Câu 5. Cho phương trình: \( \sin x.\cos 4x-{{\sin }^{2}}2x=4si{{n}^{2}}\left( \frac{\pi }{4}-\frac{x}{2} \right)-\frac{7}{2} \)   (*). Tìm các nghiệm của phương trình thỏa:  \( \left| x-1 \right|<3 \).

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*) \( \Leftrightarrow \sin x.\cos 4x-\frac{1}{2}(1-\cos 4x)=2\left[ 1-\cos \left( \frac{\pi }{2}-x \right) \right]-\frac{7}{2} \)

 \( \Leftrightarrow \sin x\cos 4x-\frac{1}{2}+\frac{1}{2}\cos 4x=-\frac{3}{2}-2\sin x\Leftrightarrow \sin x\cos 4x+\frac{1}{2}\cos 4x+1+2\sin x=0 \)

 \( \Leftrightarrow \cos 4x\left( \sin x+\frac{1}{2} \right)+2\left( \sin x+\frac{1}{2} \right)=0\Leftrightarrow (\cos 4x+2)\left( \sin x+\frac{1}{2} \right)=0 \)

\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos 4x=-2\text{ }(\ell ) \\  & \sin x=-\frac{1}{2}=\sin \left( -\frac{\pi }{6} \right) \\ \end{align} \right.\)\(\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=-\frac{\pi }{6}+k2\pi  \\  & x=\frac{7\pi }{6}+h2\pi  \\ \end{align} \right.\).

Ta có:  \( \left| x-1 \right|<3\Leftrightarrow -3<x-1<3\Leftrightarrow -2<x<4 \).

+ Với \(x=-\frac{\pi }{6}+k2\pi \), ta có:  \( -2<-\frac{\pi }{6}+k2\pi <4\Leftrightarrow -2+\frac{\pi }{6}<k2\pi <4+\frac{\pi }{6} \)

 \( \Leftrightarrow \frac{1}{12}-\frac{1}{\pi }<k<\frac{2}{\pi }+\frac{1}{12} \).

Do  \( k\in \mathbb{Z} \) nên k = 0. Vậy  \( x=-\frac{\pi }{6} \).

+ Với \(x=\frac{7\pi }{6}+h2\pi \), ta có: \(-2<\frac{7\pi }{6}+h2\pi <4\Leftrightarrow -2-\frac{7\pi }{6}<h2\pi <4-\frac{7\pi }{6}\)

\(\Leftrightarrow -\frac{1}{\pi }-\frac{7}{12}<h<\frac{2}{\pi }-\frac{7}{12}\xrightarrow{h\in \mathbb{Z}}h=0\).  Vậy  \( x=\frac{7\pi }{6} \).

Kết luận:  \( x\in \left\{ -\frac{\pi }{6};\frac{7\pi }{6} \right\} \).

Câu 6. Giải phương trình: \( {{\sin }^{3}}x\cos 3x+{{\cos }^{3}}xsin3x=si{{n}^{3}}4x \)   (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*)\(\Leftrightarrow {{\sin }^{3}}x\left( 4{{\cos }^{3}}x-3\cos x \right)+{{\cos }^{3}}x\left( 3\sin x-4{{\sin }^{3}}x \right)=si{{n}^{3}}4x\)

 \( \Leftrightarrow 4{{\sin }^{3}}xco{{s}^{3}}x-3{{\sin }^{3}}xcosx+3sinxco{{s}^{3}}x-4si{{n}^{3}}xco{{s}^{3}}x=si{{n}^{3}}4x \)

\( \Leftrightarrow 3\sin x\cos x\left( {{\cos }^{2}}x-si{{n}^{2}}x \right)={{\sin }^{3}}4x\Leftrightarrow \frac{3}{2}\sin 2x\cos 2x={{\sin }^{3}}4x \)

 \( \Leftrightarrow \frac{3}{4}\sin 4x={{\sin }^{3}}4x\Leftrightarrow 3\sin 4x-4{{\sin }^{3}}4x=0\Leftrightarrow \sin 12x=0 \)

 \( \Leftrightarrow 12x=k\pi \Leftrightarrow x=\frac{k\pi }{12},\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Câu 7. (KB – 2002) Giải phương trình: \( {{\sin }^{2}}3x-co{{s}^{2}}4x={{\sin }^{2}}5x-co{{s}^{2}}6x \)   (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*) \( \Leftrightarrow \frac{1}{2}(1-\cos 6x)-\frac{1}{2}(1+\cos 8x)=\frac{1}{2}(1-\cos 10x)-\frac{1}{2}(1+\cos 12x) \)

 \( \Leftrightarrow \cos 6x+\cos 8x=\cos 10x+\cos 12x\Leftrightarrow 2\cos 7x\cos x=2\cos 11x\cos x \)

 \( \Leftrightarrow 2\cos x(\cos 11x-\cos 7x)=0\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos x=0 \\  & \cos 11x=\cos 7x \\ \end{align} \right. \)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & 11x=\pm 7x+k2\pi  \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{\pi }{2}+k\pi  \\  & x=\frac{k\pi }{9} \\  & x=\frac{k\pi }{2} \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\frac{k\pi }{9} \\  & x=\frac{k\pi }{2} \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Câu 8. Giải phương trình: \( \sin x+\sin 2x+\sin 3x=\cos x+\cos 2x+\cos 3x \).

Hướng dẫn giải:

Phương trình  \( \Leftrightarrow (\sin x+\sin 3x)+\sin 2x=(\cos x+\cos 3x)+\cos 2x \)

 \( \Leftrightarrow 2\sin 2x\cos x+\sin 2x=2\cos 2x\cos x+\cos 2x\Leftrightarrow \sin 2x(2\cos x+1)=\cos 2x(2\cos x+1) \)

 \( \Leftrightarrow (2\cos x+1)(\sin 2x-\cos 2x)=0\Leftrightarrow \left[ \begin{align} & 2\cos x+1=0 \\  & \sin 2x-\cos 2x=0 \\ \end{align} \right. \)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos x=-\frac{1}{2}=\cos \frac{2\pi }{3} \\  & \sin 2x=\cos 2x \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\pm \frac{2\pi }{3}+k2\pi  \\  & \tan 2x=1=\tan \frac{\pi }{4} \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align} & x=\pm \frac{2\pi }{3}+k2\pi  \\  & 2x=\frac{\pi }{4}+k\pi  \\ \end{align} \right. \)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align} & x=\pm \frac{2\pi }{3}+k2\pi  \\  & x=\frac{\pi }{8}+\frac{k\pi }{2} \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Câu 9. Giải phương trình: \( \cos 10x+2{{\cos }^{2}}4x+6cos3x.cosx=\cos x+8\cos x.{{\cos }^{3}}3x \)  (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*) \( \Leftrightarrow \cos 10x+(1+\cos 8x)=\cos x+8\cos x.{{\cos }^{3}}3x-6\cos 3x.\cos x \)

 \( \Leftrightarrow (\cos 10x+\cos 8x)+1=\cos x+2\cos x(4{{\cos }^{3}}3x-3\cos 3x) \)

 \( \Leftrightarrow 2\cos 9x\cos x+1=\cos x+2\cos x\cos 9x\Leftrightarrow \cos x=1\Leftrightarrow x=k2\pi ,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Câu 10. Giải phương trình: \( 4{{\sin }^{3}}x+3{{\cos }^{3}}x-3\sin x-{{\sin }^{2}}x\cos x=0 \)   (*)

Hướng dẫn giải:

Ta có: (*) \( \Leftrightarrow \sin x(4{{\sin }^{2}}x-3)-\cos x({{\sin }^{2}}x-3co{{s}^{2}}x)=0 \)

 \( \Leftrightarrow \sin (4{{\sin }^{2}}x-3)-\cos x\left[ {{\sin }^{2}}x-3(1-{{\sin }^{2}}x) \right]=0\Leftrightarrow (4{{\sin }^{2}}x-3)(\sin x-\cos x)=0 \)

 \( \Leftrightarrow \left[ 2(1-\cos 2x)-3 \right](\sin x-\cos x)=0\Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & \cos 2x=-\frac{1}{2}=\cos \frac{2\pi }{3} \\  & \sin x=\cos x \\ \end{align} \right. \)

 \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align} & 2x=\pm \frac{2\pi }{3}+k2\pi  \\  & \tan x=1=\tan \frac{\pi }{4} \\ \end{align} \right. \) \( \Leftrightarrow \left[ \begin{align}  & x=\pm \frac{\pi }{3}+k\pi  \\  & x=\frac{\pi }{4}+k\pi  \\ \end{align} \right.,\text{ }k\in \mathbb{Z} \).

Các bài toán cùng chủ đề!

Các sách luyện thi do Trung tâm phát hành!


error: Content is protected !!
Menu