解
cos3(x)+sin2(x)=0
解
x=2.42626…+2πn,x=−2.42626…+2πn
+1
度
x=139.01468…∘+360∘n,x=−139.01468…∘+360∘n解答ステップ
cos3(x)+sin2(x)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
cos3(x)+sin2(x)
ピタゴラスの公式を使用する: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=cos3(x)+1−cos2(x)
1−cos2(x)+cos3(x)=0
置換で解く
1−cos2(x)+cos3(x)=0
仮定:cos(x)=u1−u2+u3=0
1−u2+u3=0:u≈−0.75487…
1−u2+u3=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u3−u2+1=0
ニュートン・ラプソン法を使用して u3−u2+1=0 の解を1つ求める:u≈−0.75487…
u3−u2+1=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u3−u2+1
発見する f′(u):3u2−2u
dud(u3−u2+1)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)−dud(u2)+dud(1)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
簡素化=3u2
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(1)=0
dud(1)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=3u2−2u+0
簡素化=3u2−2u
仮定: u0=−1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.8:Δu1=0.2
f(u0)=(−1)3−(−1)2+1=−1f′(u0)=3(−1)2−2(−1)=5u1=−0.8
Δu1=∣−0.8−(−1)∣=0.2Δu1=0.2
u2=−0.75681…:Δu2=0.04318…
f(u1)=(−0.8)3−(−0.8)2+1=−0.152f′(u1)=3(−0.8)2−2(−0.8)=3.52u2=−0.75681…
Δu2=∣−0.75681…−(−0.8)∣=0.04318…Δu2=0.04318…
u3=−0.75488…:Δu3=0.00193…
f(u2)=(−0.75681…)3−(−0.75681…)2+1=−0.00625…f′(u2)=3(−0.75681…)2−2(−0.75681…)=3.23195…u3=−0.75488…
Δu3=∣−0.75488…−(−0.75681…)∣=0.00193…Δu3=0.00193…
u4=−0.75487…:Δu4=3.80818E−6
f(u3)=(−0.75488…)3−(−0.75488…)2+1=−0.00001…f′(u3)=3(−0.75488…)2−2(−0.75488…)=3.21930…u4=−0.75487…
Δu4=∣−0.75487…−(−0.75488…)∣=3.80818E−6Δu4=3.80818E−6
u5=−0.75487…:Δu5=1.47065E−11
f(u4)=(−0.75487…)3−(−0.75487…)2+1=−4.73444E−11f′(u4)=3(−0.75487…)2−2(−0.75487…)=3.21927…u5=−0.75487…
Δu5=∣−0.75487…−(−0.75487…)∣=1.47065E−11Δu5=1.47065E−11
u≈−0.75487…
長除法を適用する:u+0.75487…u3−u2+1=u2−1.75487…u+1.32471…
u2−1.75487…u+1.32471…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して u2−1.75487…u+1.32471…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
u2−1.75487…u+1.32471…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=u2−1.75487…u+1.32471…
発見する f′(u):2u−1.75487…
dud(u2−1.75487…u+1.32471…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)−dud(1.75487…u)+dud(1.32471…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(1.75487…u)=1.75487…
dud(1.75487…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=1.75487…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=1.75487…⋅1
簡素化=1.75487…
dud(1.32471…)=0
dud(1.32471…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=2u−1.75487…+0
簡素化=2u−1.75487…
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−1.32471…:Δu1=2.32471…
f(u0)=12−1.75487…⋅1+1.32471…=0.56984…f′(u0)=2⋅1−1.75487…=0.24512…u1=−1.32471…
Δu1=∣−1.32471…−1∣=2.32471…Δu1=2.32471…
u2=−0.09766…:Δu2=1.22705…
f(u1)=(−1.32471…)2−1.75487…(−1.32471…)+1.32471…=5.40431…f′(u1)=2(−1.32471…)−1.75487…=−4.40431…u2=−0.09766…
Δu2=∣−0.09766…−(−1.32471…)∣=1.22705…Δu2=1.22705…
u3=0.67437…:Δu3=0.77204…
f(u2)=(−0.09766…)2−1.75487…(−0.09766…)+1.32471…=1.50565…f′(u2)=2(−0.09766…)−1.75487…=−1.95021…u3=0.67437…
Δu3=∣0.67437…−(−0.09766…)∣=0.77204…Δu3=0.77204…
u4=2.14204…:Δu4=1.46766…
f(u3)=0.67437…2−1.75487…⋅0.67437…+1.32471…=0.59605…f′(u3)=2⋅0.67437…−1.75487…=−0.40612…u4=2.14204…
Δu4=∣2.14204…−0.67437…∣=1.46766…Δu4=1.46766…
u5=1.29037…:Δu5=0.85166…
f(u4)=2.14204…2−1.75487…⋅2.14204…+1.32471…=2.15403…f′(u4)=2⋅2.14204…−1.75487…=2.52920…u5=1.29037…
Δu5=∣1.29037…−2.14204…∣=0.85166…Δu5=0.85166…
u6=0.41210…:Δu6=0.87826…
f(u5)=1.29037…2−1.75487…⋅1.29037…+1.32471…=0.72533…f′(u5)=2⋅1.29037…−1.75487…=0.82587…u6=0.41210…
Δu6=∣0.41210…−1.29037…∣=0.87826…Δu6=0.87826…
u7=1.24093…:Δu7=0.82882…
f(u6)=0.41210…2−1.75487…⋅0.41210…+1.32471…=0.77135…f′(u6)=2⋅0.41210…−1.75487…=−0.93065…u7=1.24093…
Δu7=∣1.24093…−0.41210…∣=0.82882…Δu7=0.82882…
u8=0.29600…:Δu8=0.94492…
f(u7)=1.24093…2−1.75487…⋅1.24093…+1.32471…=0.68694…f′(u7)=2⋅1.24093…−1.75487…=0.72698…u8=0.29600…
Δu8=∣0.29600…−1.24093…∣=0.94492…Δu8=0.94492…
u9=1.06383…:Δu9=0.76782…
f(u8)=0.29600…2−1.75487…⋅0.29600…+1.32471…=0.89288…f′(u8)=2⋅0.29600…−1.75487…=−1.16286…u9=1.06383…
Δu9=∣1.06383…−0.29600…∣=0.76782…Δu9=0.76782…
u10=−0.51763…:Δu10=1.58147…
f(u9)=1.06383…2−1.75487…⋅1.06383…+1.32471…=0.58956…f′(u9)=2⋅1.06383…−1.75487…=0.37279…u10=−0.51763…
Δu10=∣−0.51763…−1.06383…∣=1.58147…Δu10=1.58147…
解を見つけられない
解はu≈−0.75487…
代用を戻す u=cos(x)cos(x)≈−0.75487…
cos(x)≈−0.75487…
cos(x)=−0.75487…:x=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
cos(x)=−0.75487…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−0.75487…
以下の一般解 cos(x)=−0.75487…cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
x=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=2.42626…+2πn,x=−2.42626…+2πn