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cot(x)=sin^2(x)

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解答

cot(x)=sin2(x)

解答

x=0.97202…+2πn,x=π+0.97202…+2πn
+1
度数
x=55.69319…∘+360∘n,x=235.69319…∘+360∘n
求解步骤
cot(x)=sin2(x)
两边减去 sin2(x)cot(x)−sin2(x)=0
用 sin, cos 表示sin(x)cos(x)​−sin2(x)=0
化简 sin(x)cos(x)​−sin2(x):sin(x)cos(x)−sin3(x)​
sin(x)cos(x)​−sin2(x)
将项转换为分式: sin2(x)=sin(x)sin2(x)sin(x)​=sin(x)cos(x)​−sin(x)sin2(x)sin(x)​
因为分母相等,所以合并分式: ca​±cb​=ca±b​=sin(x)cos(x)−sin2(x)sin(x)​
cos(x)−sin2(x)sin(x)=cos(x)−sin3(x)
cos(x)−sin2(x)sin(x)
sin2(x)sin(x)=sin3(x)
sin2(x)sin(x)
使用指数法则: ab⋅ac=ab+csin2(x)sin(x)=sin2+1(x)=sin2+1(x)
数字相加:2+1=3=sin3(x)
=cos(x)−sin3(x)
=sin(x)cos(x)−sin3(x)​
sin(x)cos(x)−sin3(x)​=0
g(x)f(x)​=0⇒f(x)=0cos(x)−sin3(x)=0
两边加上 sin3(x)cos(x)=sin3(x)
两边进行平方cos2(x)=(sin3(x))2
两边减去 (sin3(x))2cos2(x)−sin6(x)=0
使用三角恒等式改写
cos2(x)−sin6(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: cos2(x)+sin2(x)=1cos2(x)=1−sin2(x)=1−sin2(x)−sin6(x)
1−sin2(x)−sin6(x)=0
用替代法求解
1−sin2(x)−sin6(x)=0
令:sin(x)=u1−u2−u6=0
1−u2−u6=0:u=0.68232…​,u=−0.68232…​
1−u2−u6=0
改写成标准形式 an​xn+…+a1​x+a0​=0−u6−u2+1=0
用v=u2 和 v3=u6改写方程式−v3−v+1=0
解 −v3−v+1=0:v≈0.68232…
−v3−v+1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −v3−v+1=0 的一个解:v≈0.68232…
−v3−v+1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(v)=−v3−v+1
找到 f′(v):−3v2−1
dvd​(−v3−v+1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dvd​(v3)−dvdv​+dvd​(1)
dvd​(v3)=3v2
dvd​(v3)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3v3−1
化简=3v2
dvdv​=1
dvdv​
使用常见微分定则: dvdv​=1=1
dvd​(1)=0
dvd​(1)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=−3v2−1+0
化简=−3v2−1
令 v0​=1计算 vn+1​ 至 Δvn+1​<0.000001
v1​=0.75:Δv1​=0.25
f(v0​)=−13−1+1=−1f′(v0​)=−3⋅12−1=−4v1​=0.75
Δv1​=∣0.75−1∣=0.25Δv1​=0.25
v2​=0.68604…:Δv2​=0.06395…
f(v1​)=−0.753−0.75+1=−0.171875f′(v1​)=−3⋅0.752−1=−2.6875v2​=0.68604…
Δv2​=∣0.68604…−0.75∣=0.06395…Δv2​=0.06395…
v3​=0.68233…:Δv3​=0.00370…
f(v2​)=−0.68604…3−0.68604…+1=−0.00894…f′(v2​)=−3⋅0.68604…2−1=−2.41197…v3​=0.68233…
Δv3​=∣0.68233…−0.68604…∣=0.00370…Δv3​=0.00370…
v4​=0.68232…:Δv4​=0.00001…
f(v3​)=−0.68233…3−0.68233…+1=−0.00002…f′(v3​)=−3⋅0.68233…2−1=−2.39676…v4​=0.68232…
Δv4​=∣0.68232…−0.68233…∣=0.00001…Δv4​=0.00001…
v5​=0.68232…:Δv5​=1.18493E−10
f(v4​)=−0.68232…3−0.68232…+1=−2.83995E−10f′(v4​)=−3⋅0.68232…2−1=−2.39671…v5​=0.68232…
Δv5​=∣0.68232…−0.68232…∣=1.18493E−10Δv5​=1.18493E−10
v≈0.68232…
使用长除法 Equation0:v−0.68232…−v3−v+1​=−v2−0.68232…v−1.46557…
−v2−0.68232…v−1.46557…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 −v2−0.68232…v−1.46557…=0 的一个解:v∈R无解
−v2−0.68232…v−1.46557…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(v)=−v2−0.68232…v−1.46557…
找到 f′(v):−2v−0.68232…
dvd​(−v2−0.68232…v−1.46557…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=−dvd​(v2)−dvd​(0.68232…v)−dvd​(1.46557…)
dvd​(v2)=2v
dvd​(v2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2v2−1
化简=2v
dvd​(0.68232…v)=0.68232…
dvd​(0.68232…v)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.68232…dvdv​
使用常见微分定则: dvdv​=1=0.68232…⋅1
化简=0.68232…
dvd​(1.46557…)=0
dvd​(1.46557…)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=−2v−0.68232…−0
化简=−2v−0.68232…
令 v0​=−2计算 vn+1​ 至 Δvn+1​<0.000001
v1​=−0.76391…:Δv1​=1.23608…
f(v0​)=−(−2)2−0.68232…(−2)−1.46557…=−4.10091…f′(v0​)=−2(−2)−0.68232…=3.31767…v1​=−0.76391…
Δv1​=∣−0.76391…−(−2)∣=1.23608…Δv1​=1.23608…
v2​=1.04316…:Δv2​=1.80707…
f(v1​)=−(−0.76391…)2−0.68232…(−0.76391…)−1.46557…=−1.52789…f′(v1​)=−2(−0.76391…)−0.68232…=0.84550…v2​=1.04316…
Δv2​=∣1.04316…−(−0.76391…)∣=1.80707…Δv2​=1.80707…
v3​=−0.13630…:Δv3​=1.17946…
f(v2​)=−1.04316…2−0.68232…⋅1.04316…−1.46557…=−3.26553…f′(v2​)=−2⋅1.04316…−0.68232…=−2.76865…v3​=−0.13630…
Δv3​=∣−0.13630…−1.04316…∣=1.17946…Δv3​=1.17946…
v4​=−3.53171…:Δv4​=3.39540…
f(v3​)=−(−0.13630…)2−0.68232…(−0.13630…)−1.46557…=−1.39114…f′(v3​)=−2(−0.13630…)−0.68232…=−0.40971…v4​=−3.53171…
Δv4​=∣−3.53171…−(−0.13630…)∣=3.39540…Δv4​=3.39540…
v5​=−1.72500…:Δv5​=1.80670…
f(v4​)=−(−3.53171…)2−0.68232…(−3.53171…)−1.46557…=−11.52876…f′(v4​)=−2(−3.53171…)−0.68232…=6.38109…v5​=−1.72500…
Δv5​=∣−1.72500…−(−3.53171…)∣=1.80670…Δv5​=1.80670…
v6​=−0.54560…:Δv6​=1.17939…
f(v5​)=−(−1.72500…)2−0.68232…(−1.72500…)−1.46557…=−3.26419…f′(v5​)=−2(−1.72500…)−0.68232…=2.76767…v6​=−0.54560…
Δv6​=∣−0.54560…−(−1.72500…)∣=1.17939…Δv6​=1.17939…
v7​=2.85625…:Δv7​=3.40185…
f(v6​)=−(−0.54560…)2−0.68232…(−0.54560…)−1.46557…=−1.39097…f′(v6​)=−2(−0.54560…)−0.68232…=0.40888…v7​=2.85625…
Δv7​=∣2.85625…−(−0.54560…)∣=3.40185…Δv7​=3.40185…
v8​=1.04656…:Δv8​=1.80968…
f(v7​)=−2.85625…2−0.68232…⋅2.85625…−1.46557…=−11.57264…f′(v7​)=−2⋅2.85625…−0.68232…=−6.39483…v8​=1.04656…
Δv8​=∣1.04656…−2.85625…∣=1.80968…Δv8​=1.80968…
v9​=−0.13340…:Δv9​=1.17997…
f(v8​)=−1.04656…2−0.68232…⋅1.04656…−1.46557…=−3.27496…f′(v8​)=−2⋅1.04656…−0.68232…=−2.77545…v9​=−0.13340…
Δv9​=∣−0.13340…−1.04656…∣=1.17997…Δv9​=1.17997…
v10​=−3.48434…:Δv10​=3.35093…
f(v9​)=−(−0.13340…)2−0.68232…(−0.13340…)−1.46557…=−1.39234…f′(v9​)=−2(−0.13340…)−0.68232…=−0.41550…v10​=−3.48434…
Δv10​=∣−3.48434…−(−0.13340…)∣=3.35093…Δv10​=3.35093…
无法得出解
解是v≈0.68232…
v≈0.68232…
代回 v=u2,求解 u
解 u2=0.68232…:u=0.68232…​,u=−0.68232…​
u2=0.68232…
对于 x2=f(a) 解为 x=f(a)​,−f(a)​
u=0.68232…​,u=−0.68232…​
解为
u=0.68232…​,u=−0.68232…​
u=sin(x)代回sin(x)=0.68232…​,sin(x)=−0.68232…​
sin(x)=0.68232…​,sin(x)=−0.68232…​
sin(x)=0.68232…​:x=arcsin(0.68232…​)+2πn,x=π−arcsin(0.68232…​)+2πn
sin(x)=0.68232…​
使用反三角函数性质
sin(x)=0.68232…​
sin(x)=0.68232…​的通解sin(x)=a⇒x=arcsin(a)+2πn,x=π−arcsin(a)+2πnx=arcsin(0.68232…​)+2πn,x=π−arcsin(0.68232…​)+2πn
x=arcsin(0.68232…​)+2πn,x=π−arcsin(0.68232…​)+2πn
sin(x)=−0.68232…​:x=arcsin(−0.68232…​)+2πn,x=π+arcsin(0.68232…​)+2πn
sin(x)=−0.68232…​
使用反三角函数性质
sin(x)=−0.68232…​
sin(x)=−0.68232…​的通解sin(x)=−a⇒x=arcsin(−a)+2πn,x=π+arcsin(a)+2πnx=arcsin(−0.68232…​)+2πn,x=π+arcsin(0.68232…​)+2πn
x=arcsin(−0.68232…​)+2πn,x=π+arcsin(0.68232…​)+2πn
合并所有解x=arcsin(0.68232…​)+2πn,x=π−arcsin(0.68232…​)+2πn,x=arcsin(−0.68232…​)+2πn,x=π+arcsin(0.68232…​)+2πn
将解代入原方程进行验证
将它们代入 cot(x)=sin2(x)检验解是否符合
去除与方程不符的解。
检验 arcsin(0.68232…​)+2πn的解:真
arcsin(0.68232…​)+2πn
代入 n=1arcsin(0.68232…​)+2π1
对于 cot(x)=sin2(x)代入x=arcsin(0.68232…​)+2π1cot(arcsin(0.68232…​)+2π1)=sin2(arcsin(0.68232…​)+2π1)
整理后得0.68232…=0.68232…
⇒真
检验 π−arcsin(0.68232…​)+2πn的解:假
π−arcsin(0.68232…​)+2πn
代入 n=1π−arcsin(0.68232…​)+2π1
对于 cot(x)=sin2(x)代入x=π−arcsin(0.68232…​)+2π1cot(π−arcsin(0.68232…​)+2π1)=sin2(π−arcsin(0.68232…​)+2π1)
整理后得−0.68232…=0.68232…
⇒假
检验 arcsin(−0.68232…​)+2πn的解:假
arcsin(−0.68232…​)+2πn
代入 n=1arcsin(−0.68232…​)+2π1
对于 cot(x)=sin2(x)代入x=arcsin(−0.68232…​)+2π1cot(arcsin(−0.68232…​)+2π1)=sin2(arcsin(−0.68232…​)+2π1)
整理后得−0.68232…=0.68232…
⇒假
检验 π+arcsin(0.68232…​)+2πn的解:真
π+arcsin(0.68232…​)+2πn
代入 n=1π+arcsin(0.68232…​)+2π1
对于 cot(x)=sin2(x)代入x=π+arcsin(0.68232…​)+2π1cot(π+arcsin(0.68232…​)+2π1)=sin2(π+arcsin(0.68232…​)+2π1)
整理后得0.68232…=0.68232…
⇒真
x=arcsin(0.68232…​)+2πn,x=π+arcsin(0.68232…​)+2πn
以小数形式表示解x=0.97202…+2πn,x=π+0.97202…+2πn

作图

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sec(2x+60)=-1.5sec(2x+60)=−1.5sin^2(x)+2sin^2(x/2)=1sin2(x)+2sin2(2x​)=1tan(a)=0.7tan(a)=0.78sin(x)-4csc(x)=08sin(x)−4csc(x)=06cos^2(x)+5sin(x)-2=06cos2(x)+5sin(x)−2=0
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