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cot^2(x)=tan(x/2)

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Solución

cot2(x)=tan(2x​)

Solución

x=2⋅0.47448…+2πn,x=2⋅1.34922…+2πn
+1
Grados
x=54.37186…∘+360∘n,x=154.60973…∘+360∘n
Pasos de solución
cot2(x)=tan(2x​)
Restar tan(2x​) de ambos ladoscot2(x)−tan(2x​)=0
Sea: u=2x​cot2(2u)−tan(u)=0
Re-escribir usando identidades trigonométricas
cot2(2u)−tan(u)
Utilizar la identidad trigonométrica básica: cot(x)=tan(x)1​=(tan(2u)1​)2−tan(u)
(tan(2u)1​)2=tan2(2u)1​
(tan(2u)1​)2
Aplicar las leyes de los exponentes: (ba​)c=bcac​=tan2(2u)12​
Aplicar la regla 1a=112=1=tan2(2u)1​
=tan2(2u)1​−tan(u)
Utilizar la identidad trigonométrica del ángulo doble: tan(2x)=1−tan2(x)2tan(x)​=(1−tan2(u)2tan(u)​)21​−tan(u)
Simplificar (1−tan2(u)2tan(u)​)21​−tan(u):4tan2(u)(1−tan2(u))2​−tan(u)
(1−tan2(u)2tan(u)​)21​−tan(u)
(1−tan2(u)2tan(u)​)21​=22tan2(u)(1−tan2(u))2​
(1−tan2(u)2tan(u)​)21​
(1−tan2(u)2tan(u)​)2=(1−tan2(u))222tan2(u)​
(1−tan2(u)2tan(u)​)2
Aplicar las leyes de los exponentes: (ba​)c=bcac​=(1−tan2(u))2(2tan(u))2​
Aplicar las leyes de los exponentes: (a⋅b)n=anbn(2tan(u))2=22tan2(u)=(1−tan2(u))222tan2(u)​
=(1−tan2(u))222tan2(u)​1​
Aplicar las propiedades de las fracciones: cb​1​=bc​=22tan2(u)(1−tan2(u))2​
=22tan2(u)(−tan2(u)+1)2​−tan(u)
22=4=4tan2(u)(−tan2(u)+1)2​−tan(u)
=4tan2(u)(1−tan2(u))2​−tan(u)
4tan2(u)(1−tan2(u))2​−tan(u)=0
Usando el método de sustitución
4tan2(u)(1−tan2(u))2​−tan(u)=0
Sea: tan(u)=u4u2(1−u2)2​−u=0
4u2(1−u2)2​−u=0:u≈0.51361…,u≈4.43910…
4u2(1−u2)2​−u=0
Multiplicar ambos lados por 4u2
4u2(1−u2)2​−u=0
Multiplicar ambos lados por 4u24u2(1−u2)2​⋅4u2−u⋅4u2=0⋅4u2
Simplificar
4u2(1−u2)2​⋅4u2−u⋅4u2=0⋅4u2
Simplificar 4u2(1−u2)2​⋅4u2:(1−u2)2
4u2(1−u2)2​⋅4u2
Multiplicar fracciones: a⋅cb​=ca⋅b​=4u2(1−u2)2⋅4u2​
Eliminar los terminos comunes: 4=u2(1−u2)2u2​
Eliminar los terminos comunes: u2=(1−u2)2
Simplificar −u⋅4u2:−4u3
−u⋅4u2
Aplicar las leyes de los exponentes: ab⋅ac=ab+cuu2=u1+2=−4u1+2
Sumar: 1+2=3=−4u3
Simplificar 0⋅4u2:0
0⋅4u2
Aplicar la regla 0⋅a=0=0
(1−u2)2−4u3=0
(1−u2)2−4u3=0
(1−u2)2−4u3=0
Resolver (1−u2)2−4u3=0:u≈0.51361…,u≈4.43910…
(1−u2)2−4u3=0
Desarrollar (1−u2)2−4u3:1−2u2+u4−4u3
(1−u2)2−4u3
(1−u2)2:1−2u2+u4
Aplicar la formula del binomio al cuadrado: (a−b)2=a2−2ab+b2a=1,b=u2
=12−2⋅1⋅u2+(u2)2
Simplificar 12−2⋅1⋅u2+(u2)2:1−2u2+u4
12−2⋅1⋅u2+(u2)2
Aplicar la regla 1a=112=1=1−2⋅1⋅u2+(u2)2
2⋅1⋅u2=2u2
2⋅1⋅u2
Multiplicar los numeros: 2⋅1=2=2u2
(u2)2=u4
(u2)2
Aplicar las leyes de los exponentes: (ab)c=abc=u2⋅2
Multiplicar los numeros: 2⋅2=4=u4
=1−2u2+u4
=1−2u2+u4
=1−2u2+u4−4u3
1−2u2+u4−4u3=0
Escribir en la forma binómica an​xn+…+a1​x+a0​=0u4−4u3−2u2+1=0
Encontrar una solución para u4−4u3−2u2+1=0 utilizando el método de Newton-Raphson:u≈0.51361…
u4−4u3−2u2+1=0
Definición del método de Newton-Raphson
f(u)=u4−4u3−2u2+1
Hallar f′(u):4u3−12u2−4u
dud​(u4−4u3−2u2+1)
Aplicar la regla de la suma/diferencia: (f±g)′=f′±g′=dud​(u4)−dud​(4u3)−dud​(2u2)+dud​(1)
dud​(u4)=4u3
dud​(u4)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=4u4−1
Simplificar=4u3
dud​(4u3)=12u2
dud​(4u3)
Sacar la constante: (a⋅f)′=a⋅f′=4dud​(u3)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=4⋅3u3−1
Simplificar=12u2
dud​(2u2)=4u
dud​(2u2)
Sacar la constante: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud​(u2)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2⋅2u2−1
Simplificar=4u
dud​(1)=0
dud​(1)
Derivada de una constante: dxd​(a)=0=0
=4u3−12u2−4u+0
Simplificar=4u3−12u2−4u
Sea u0​=1Calcular un+1​ hasta que Δun+1​<0.000001
u1​=0.66666…:Δu1​=0.33333…
f(u0​)=14−4⋅13−2⋅12+1=−4f′(u0​)=4⋅13−12⋅12−4⋅1=−12u1​=0.66666…
Δu1​=∣0.66666…−1∣=0.33333…Δu1​=0.33333…
u2​=0.53804…:Δu2​=0.12862…
f(u1​)=0.66666…4−4⋅0.66666…3−2⋅0.66666…2+1=−0.87654…f′(u1​)=4⋅0.66666…3−12⋅0.66666…2−4⋅0.66666…=−6.81481…u2​=0.53804…
Δu2​=∣0.53804…−0.66666…∣=0.12862…Δu2​=0.12862…
u3​=0.51441…:Δu3​=0.02362…
f(u2​)=0.53804…4−4⋅0.53804…3−2⋅0.53804…2+1=−0.11821…f′(u2​)=4⋅0.53804…3−12⋅0.53804…2−4⋅0.53804…=−5.00302…u3​=0.51441…
Δu3​=∣0.51441…−0.53804…∣=0.02362…Δu3​=0.02362…
u4​=0.51362…:Δu4​=0.00079…
f(u3​)=0.51441…4−4⋅0.51441…3−2⋅0.51441…2+1=−0.00372…f′(u3​)=4⋅0.51441…3−12⋅0.51441…2−4⋅0.51441…=−4.68863…u4​=0.51362…
Δu4​=∣0.51362…−0.51441…∣=0.00079…Δu4​=0.00079…
u5​=0.51361…:Δu5​=8.89103E−7
f(u4​)=0.51362…4−4⋅0.51362…3−2⋅0.51362…2+1=−4.15938E−6f′(u4​)=4⋅0.51362…3−12⋅0.51362…2−4⋅0.51362…=−4.67817…u5​=0.51361…
Δu5​=∣0.51361…−0.51362…∣=8.89103E−7Δu5​=8.89103E−7
u≈0.51361…
Aplicar la división larga Equation0:u−0.51361…u4−4u3−2u2+1​=u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…
u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…≈0
Encontrar una solución para u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…=0 utilizando el método de Newton-Raphson:u≈4.43910…
u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…=0
Definición del método de Newton-Raphson
f(u)=u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…
Hallar f′(u):3u2−6.97276…u−3.79067…
dud​(u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…)
Aplicar la regla de la suma/diferencia: (f±g)′=f′±g′=dud​(u3)−dud​(3.48638…u2)−dud​(3.79067…u)−dud​(1.94696…)
dud​(u3)=3u2
dud​(u3)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
Simplificar=3u2
dud​(3.48638…u2)=6.97276…u
dud​(3.48638…u2)
Sacar la constante: (a⋅f)′=a⋅f′=3.48638…dud​(u2)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3.48638…⋅2u2−1
Simplificar=6.97276…u
dud​(3.79067…u)=3.79067…
dud​(3.79067…u)
Sacar la constante: (a⋅f)′=a⋅f′=3.79067…dudu​
Aplicar la regla de derivación: dudu​=1=3.79067…⋅1
Simplificar=3.79067…
dud​(1.94696…)=0
dud​(1.94696…)
Derivada de una constante: dxd​(a)=0=0
=3u2−6.97276…u−3.79067…−0
Simplificar=3u2−6.97276…u−3.79067…
Sea u0​=4Calcular un+1​ hasta que Δun+1​<0.000001
u1​=4.54489…:Δu1​=0.54489…
f(u0​)=43−3.48638…⋅42−3.79067…⋅4−1.94696…=−8.89174…f′(u0​)=3⋅42−6.97276…⋅4−3.79067…=16.31828…u1​=4.54489…
Δu1​=∣4.54489…−4∣=0.54489…Δu1​=0.54489…
u2​=4.44335…:Δu2​=0.10154…
f(u1​)=4.54489…3−3.48638…⋅4.54489…2−3.79067…⋅4.54489…−1.94696…=2.68956…f′(u1​)=3⋅4.54489…2−6.97276…⋅4.54489…−3.79067…=26.48706…u2​=4.44335…
Δu2​=∣4.44335…−4.54489…∣=0.10154…Δu2​=0.10154…
u3​=4.43911…:Δu3​=0.00423…
f(u2​)=4.44335…3−3.48638…⋅4.44335…2−3.79067…⋅4.44335…−1.94696…=0.10359…f′(u2​)=3⋅4.44335…2−6.97276…⋅4.44335…−3.79067…=24.45702…u3​=4.43911…
Δu3​=∣4.43911…−4.44335…∣=0.00423…Δu3​=0.00423…
u4​=4.43910…:Δu4​=7.24246E−6
f(u3​)=4.43911…3−3.48638…⋅4.43911…2−3.79067…⋅4.43911…−1.94696…=0.00017…f′(u3​)=3⋅4.43911…2−6.97276…⋅4.43911…−3.79067…=24.37369…u4​=4.43910…
Δu4​=∣4.43910…−4.43911…∣=7.24246E−6Δu4​=7.24246E−6
u5​=4.43910…:Δu5​=2.11568E−11
f(u4​)=4.43910…3−3.48638…⋅4.43910…2−3.79067…⋅4.43910…−1.94696…=5.15667E−10f′(u4​)=3⋅4.43910…2−6.97276…⋅4.43910…−3.79067…=24.37355…u5​=4.43910…
Δu5​=∣4.43910…−4.43910…∣=2.11568E−11Δu5​=2.11568E−11
u≈4.43910…
Aplicar la división larga Equation0:u−4.43910…u3−3.48638…u2−3.79067…u−1.94696…​=u2+0.95272…u+0.43859…
u2+0.95272…u+0.43859…≈0
Encontrar una solución para u2+0.95272…u+0.43859…=0 utilizando el método de Newton-Raphson:Sin solución para u∈R
u2+0.95272…u+0.43859…=0
Definición del método de Newton-Raphson
f(u)=u2+0.95272…u+0.43859…
Hallar f′(u):2u+0.95272…
dud​(u2+0.95272…u+0.43859…)
Aplicar la regla de la suma/diferencia: (f±g)′=f′±g′=dud​(u2)+dud​(0.95272…u)+dud​(0.43859…)
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
Aplicar la regla de la potencia: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
Simplificar=2u
dud​(0.95272…u)=0.95272…
dud​(0.95272…u)
Sacar la constante: (a⋅f)′=a⋅f′=0.95272…dudu​
Aplicar la regla de derivación: dudu​=1=0.95272…⋅1
Simplificar=0.95272…
dud​(0.43859…)=0
dud​(0.43859…)
Derivada de una constante: dxd​(a)=0=0
=2u+0.95272…+0
Simplificar=2u+0.95272…
Sea u0​=0Calcular un+1​ hasta que Δun+1​<0.000001
u1​=−0.46035…:Δu1​=0.46035…
f(u0​)=02+0.95272…⋅0+0.43859…=0.43859…f′(u0​)=2⋅0+0.95272…=0.95272…u1​=−0.46035…
Δu1​=∣−0.46035…−0∣=0.46035…Δu1​=0.46035…
u2​=−7.07923…:Δu2​=6.61887…
f(u1​)=(−0.46035…)2+0.95272…(−0.46035…)+0.43859…=0.21192…f′(u1​)=2(−0.46035…)+0.95272…=0.03201…u2​=−7.07923…
Δu2​=∣−7.07923…−(−0.46035…)∣=6.61887…Δu2​=6.61887…
u3​=−3.76176…:Δu3​=3.31746…
f(u2​)=(−7.07923…)2+0.95272…(−7.07923…)+0.43859…=43.80952…f′(u2​)=2(−7.07923…)+0.95272…=−13.20573…u3​=−3.76176…
Δu3​=∣−3.76176…−(−7.07923…)∣=3.31746…Δu3​=3.31746…
u4​=−2.08685…:Δu4​=1.67491…
f(u3​)=(−3.76176…)2+0.95272…(−3.76176…)+0.43859…=11.00555…f′(u3​)=2(−3.76176…)+0.95272…=−6.57081…u4​=−2.08685…
Δu4​=∣−2.08685…−(−3.76176…)∣=1.67491…Δu4​=1.67491…
u5​=−1.21589…:Δu5​=0.87096…
f(u4​)=(−2.08685…)2+0.95272…(−2.08685…)+0.43859…=2.80534…f′(u4​)=2(−2.08685…)+0.95272…=−3.22097…u5​=−1.21589…
Δu5​=∣−1.21589…−(−2.08685…)∣=0.87096…Δu5​=0.87096…
u6​=−0.70301…:Δu6​=0.51287…
f(u5​)=(−1.21589…)2+0.95272…(−1.21589…)+0.43859…=0.75857…f′(u5​)=2(−1.21589…)+0.95272…=−1.47905…u6​=−0.70301…
Δu6​=∣−0.70301…−(−1.21589…)∣=0.51287…Δu6​=0.51287…
u7​=−0.12274…:Δu7​=0.58027…
f(u6​)=(−0.70301…)2+0.95272…(−0.70301…)+0.43859…=0.26304…f′(u6​)=2(−0.70301…)+0.95272…=−0.45330…u7​=−0.12274…
Δu7​=∣−0.12274…−(−0.70301…)∣=0.58027…Δu7​=0.58027…
u8​=−0.59883…:Δu8​=0.47609…
f(u7​)=(−0.12274…)2+0.95272…(−0.12274…)+0.43859…=0.33672…f′(u7​)=2(−0.12274…)+0.95272…=0.70724…u8​=−0.59883…
Δu8​=∣−0.59883…−(−0.12274…)∣=0.47609…Δu8​=0.47609…
u9​=0.32653…:Δu9​=0.92537…
f(u8​)=(−0.59883…)2+0.95272…(−0.59883…)+0.43859…=0.22667…f′(u8​)=2(−0.59883…)+0.95272…=−0.24495…u9​=0.32653…
Δu9​=∣0.32653…−(−0.59883…)∣=0.92537…Δu9​=0.92537…
u10​=−0.20673…:Δu10​=0.53326…
f(u9​)=0.32653…2+0.95272…⋅0.32653…+0.43859…=0.85631…f′(u9​)=2⋅0.32653…+0.95272…=1.60579…u10​=−0.20673…
Δu10​=∣−0.20673…−0.32653…∣=0.53326…Δu10​=0.53326…
u11​=−0.73406…:Δu11​=0.52733…
f(u10​)=(−0.20673…)2+0.95272…(−0.20673…)+0.43859…=0.28437…f′(u10​)=2(−0.20673…)+0.95272…=0.53926…u11​=−0.73406…
Δu11​=∣−0.73406…−(−0.20673…)∣=0.52733…Δu11​=0.52733…
u12​=−0.19452…:Δu12​=0.53954…
f(u11​)=(−0.73406…)2+0.95272…(−0.73406…)+0.43859…=0.27807…f′(u11​)=2(−0.73406…)+0.95272…=−0.51539…u12​=−0.19452…
Δu12​=∣−0.19452…−(−0.73406…)∣=0.53954…Δu12​=0.53954…
No se puede encontrar solución
Las soluciones sonu≈0.51361…,u≈4.43910…
u≈0.51361…,u≈4.43910…
Verificar las soluciones
Encontrar los puntos no definidos (singularidades):u=0
Tomar el(los) denominador(es) de 4u2(1−u2)2​−u y comparar con cero
Resolver 4u2=0:u=0
4u2=0
Dividir ambos lados entre 4
4u2=0
Dividir ambos lados entre 4
4u2=0
Dividir ambos lados entre 444u2​=40​
Simplificaru2=0
u2=0
Aplicar la regla xn=0⇒x=0
u=0
Los siguientes puntos no están definidosu=0
Combinar los puntos no definidos con las soluciones:
u≈0.51361…,u≈4.43910…
Sustituir en la ecuación u=tan(u)tan(u)≈0.51361…,tan(u)≈4.43910…
tan(u)≈0.51361…,tan(u)≈4.43910…
tan(u)=0.51361…:u=arctan(0.51361…)+πn
tan(u)=0.51361…
Aplicar propiedades trigonométricas inversas
tan(u)=0.51361…
Soluciones generales para tan(u)=0.51361…tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnu=arctan(0.51361…)+πn
u=arctan(0.51361…)+πn
tan(u)=4.43910…:u=arctan(4.43910…)+πn
tan(u)=4.43910…
Aplicar propiedades trigonométricas inversas
tan(u)=4.43910…
Soluciones generales para tan(u)=4.43910…tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnu=arctan(4.43910…)+πn
u=arctan(4.43910…)+πn
Combinar toda las solucionesu=arctan(0.51361…)+πn,u=arctan(4.43910…)+πn
Sustituir en la ecuación u=2x​
2x​=arctan(0.51361…)+πn:x=2arctan(0.51361…)+2πn
2x​=arctan(0.51361…)+πn
Multiplicar ambos lados por 2
2x​=arctan(0.51361…)+πn
Multiplicar ambos lados por 222x​=2arctan(0.51361…)+2πn
Simplificarx=2arctan(0.51361…)+2πn
x=2arctan(0.51361…)+2πn
2x​=arctan(4.43910…)+πn:x=2arctan(4.43910…)+2πn
2x​=arctan(4.43910…)+πn
Multiplicar ambos lados por 2
2x​=arctan(4.43910…)+πn
Multiplicar ambos lados por 222x​=2arctan(4.43910…)+2πn
Simplificarx=2arctan(4.43910…)+2πn
x=2arctan(4.43910…)+2πn
x=2arctan(0.51361…)+2πn,x=2arctan(4.43910…)+2πn
Mostrar soluciones en forma decimalx=2⋅0.47448…+2πn,x=2⋅1.34922…+2πn

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Ejemplos populares

cos(x)= 15/21cos(t)= 3/53+4cos(2x)+2cos(4x)=0cos(θ)=-4/5 ,sin(2θ),180<θ<2702-2sin^2(3x)=1
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