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

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解答

2cot2(x)+tan(x)=cot(x)

解答

x=2.15228…+πn
+1
度数
x=123.31684…∘+180∘n
求解步骤
2cot2(x)+tan(x)=cot(x)
两边减去 cot(x)2cot2(x)+tan(x)−cot(x)=0
使用三角恒等式改写
−cot(x)+tan(x)+2cot2(x)
使用基本三角恒等式: tan(x)=cot(x)1​=−cot(x)+cot(x)1​+2cot2(x)
−cot(x)+cot(x)1​+2cot2(x)=0
用替代法求解
−cot(x)+cot(x)1​+2cot2(x)=0
令:cot(x)=u−u+u1​+2u2=0
−u+u1​+2u2=0:u≈−0.65729…
−u+u1​+2u2=0
在两边乘以 u
−u+u1​+2u2=0
在两边乘以 u−uu+u1​u+2u2u=0⋅u
化简
−uu+u1​u+2u2u=0⋅u
化简 −uu:−u2
−uu
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cuu=u1+1=−u1+1
数字相加:1+1=2=−u2
化简 u1​u:1
u1​u
分式相乘: a⋅cb​=ca⋅b​=u1⋅u​
约分:u=1
化简 2u2u:2u3
2u2u
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=2u2+1
数字相加:2+1=3=2u3
化简 0⋅u:0
0⋅u
使用法则 0⋅a=0=0
−u2+1+2u3=0
−u2+1+2u3=0
−u2+1+2u3=0
解 −u2+1+2u3=0:u≈−0.65729…
−u2+1+2u3=0
改写成标准形式 an​xn+…+a1​x+a0​=02u3−u2+1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 2u3−u2+1=0 的一个解:u≈−0.65729…
2u3−u2+1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=2u3−u2+1
找到 f′(u):6u2−2u
dud​(2u3−u2+1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(2u3)−dud​(u2)+dud​(1)
dud​(2u3)=6u2
dud​(2u3)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud​(u3)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2⋅3u3−1
化简=6u2
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud​(1)=0
dud​(1)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=6u2−2u+0
化简=6u2−2u
令 u0​=−1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=−0.75:Δu1​=0.25
f(u0​)=2(−1)3−(−1)2+1=−2f′(u0​)=6(−1)2−2(−1)=8u1​=−0.75
Δu1​=∣−0.75−(−1)∣=0.25Δu1​=0.25
u2​=−0.66666…:Δu2​=0.08333…
f(u1​)=2(−0.75)3−(−0.75)2+1=−0.40625f′(u1​)=6(−0.75)2−2(−0.75)=4.875u2​=−0.66666…
Δu2​=∣−0.66666…−(−0.75)∣=0.08333…Δu2​=0.08333…
u3​=−0.65740…:Δu3​=0.00925…
f(u2​)=2(−0.66666…)3−(−0.66666…)2+1=−0.03703…f′(u2​)=6(−0.66666…)2−2(−0.66666…)=4u3​=−0.65740…
Δu3​=∣−0.65740…−(−0.66666…)∣=0.00925…Δu3​=0.00925…
u4​=−0.65729…:Δu4​=0.00010…
f(u3​)=2(−0.65740…)3−(−0.65740…)2+1=−0.00042…f′(u3​)=6(−0.65740…)2−2(−0.65740…)=3.90792…u4​=−0.65729…
Δu4​=∣−0.65729…−(−0.65740…)∣=0.00010…Δu4​=0.00010…
u5​=−0.65729…:Δu5​=1.51148E−8
f(u4​)=2(−0.65729…)3−(−0.65729…)2+1=−5.90512E−8f′(u4​)=6(−0.65729…)2−2(−0.65729…)=3.90684…u5​=−0.65729…
Δu5​=∣−0.65729…−(−0.65729…)∣=1.51148E−8Δu5​=1.51148E−8
u≈−0.65729…
使用长除法 Equation0:u+0.65729…2u3−u2+1​=2u2−2.31459…u+1.52137…
2u2−2.31459…u+1.52137…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 2u2−2.31459…u+1.52137…=0 的一个解:u∈R无解
2u2−2.31459…u+1.52137…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=2u2−2.31459…u+1.52137…
找到 f′(u):4u−2.31459…
dud​(2u2−2.31459…u+1.52137…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(2u2)−dud​(2.31459…u)+dud​(1.52137…)
dud​(2u2)=4u
dud​(2u2)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2⋅2u2−1
化简=4u
dud​(2.31459…u)=2.31459…
dud​(2.31459…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2.31459…dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=2.31459…⋅1
化简=2.31459…
dud​(1.52137…)=0
dud​(1.52137…)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=4u−2.31459…+0
化简=4u−2.31459…
令 u0​=1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=0.28397…:Δu1​=0.71602…
f(u0​)=2⋅12−2.31459…⋅1+1.52137…=1.20678…f′(u0​)=4⋅1−2.31459…=1.68540…u1​=0.28397…
Δu1​=∣0.28397…−1∣=0.71602…Δu1​=0.71602…
u2​=1.15391…:Δu2​=0.86993…
f(u1​)=2⋅0.28397…2−2.31459…⋅0.28397…+1.52137…=1.02537…f′(u1​)=4⋅0.28397…−2.31459…=−1.17867…u2​=1.15391…
Δu2​=∣1.15391…−0.28397…∣=0.86993…Δu2​=0.86993…
u3​=0.49614…:Δu3​=0.65777…
f(u2​)=2⋅1.15391…2−2.31459…⋅1.15391…+1.52137…=1.51356…f′(u2​)=4⋅1.15391…−2.31459…=2.30105…u3​=0.49614…
Δu3​=∣0.49614…−1.15391…∣=0.65777…Δu3​=0.65777…
u4​=3.11809…:Δu4​=2.62195…
f(u3​)=2⋅0.49614…2−2.31459…⋅0.49614…+1.52137…=0.86532…f′(u3​)=4⋅0.49614…−2.31459…=−0.33003…u4​=3.11809…
Δu4​=∣3.11809…−0.49614…∣=2.62195…Δu4​=2.62195…
u5​=1.76452…:Δu5​=1.35357…
f(u4​)=2⋅3.11809…2−2.31459…⋅3.11809…+1.52137…=13.74928…f′(u4​)=4⋅3.11809…−2.31459…=10.15778…u5​=1.76452…
Δu5​=∣1.76452…−3.11809…∣=1.35357…Δu5​=1.35357…
u6​=0.99203…:Δu6​=0.77249…
f(u5​)=2⋅1.76452…2−2.31459…⋅1.76452…+1.52137…=3.66430…f′(u5​)=4⋅1.76452…−2.31459…=4.74350…u6​=0.99203…
Δu6​=∣0.99203…−1.76452…∣=0.77249…Δu6​=0.77249…
u7​=0.27025…:Δu7​=0.72177…
f(u6​)=2⋅0.99203…2−2.31459…⋅0.99203…+1.52137…=1.19348…f′(u6​)=4⋅0.99203…−2.31459…=1.65353…u7​=0.27025…
Δu7​=∣0.27025…−0.99203…∣=0.72177…Δu7​=0.72177…
u8​=1.11489…:Δu8​=0.84464…
f(u7​)=2⋅0.27025…2−2.31459…⋅0.27025…+1.52137…=1.04192…f′(u7​)=4⋅0.27025…−2.31459…=−1.23356…u8​=1.11489…
Δu8​=∣1.11489…−0.27025…∣=0.84464…Δu8​=0.84464…
u9​=0.44970…:Δu9​=0.66519…
f(u8​)=2⋅1.11489…2−2.31459…⋅1.11489…+1.52137…=1.42683…f′(u8​)=4⋅1.11489…−2.31459…=2.14500…u9​=0.44970…
Δu9​=∣0.44970…−1.11489…∣=0.66519…Δu9​=0.66519…
u10​=2.16551…:Δu10​=1.71580…
f(u9​)=2⋅0.44970…2−2.31459…⋅0.44970…+1.52137…=0.88496…f′(u9​)=4⋅0.44970…−2.31459…=−0.51576…u10​=2.16551…
Δu10​=∣2.16551…−0.44970…∣=1.71580…Δu10​=1.71580…
无法得出解
解是u≈−0.65729…
u≈−0.65729…
验证解
找到无定义的点(奇点):u=0
取 −u+u1​+2u2 的分母,令其等于零
u=0
以下点无定义u=0
将不在定义域的点与解相综合:
u≈−0.65729…
u=cot(x)代回cot(x)≈−0.65729…
cot(x)≈−0.65729…
cot(x)=−0.65729…:x=arccot(−0.65729…)+πn
cot(x)=−0.65729…
使用反三角函数性质
cot(x)=−0.65729…
cot(x)=−0.65729…的通解cot(x)=−a⇒x=arccot(−a)+πnx=arccot(−0.65729…)+πn
x=arccot(−0.65729…)+πn
合并所有解x=arccot(−0.65729…)+πn
以小数形式表示解x=2.15228…+πn

作图

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流行的例子

sin(2x)=sin(pi/2-x)sin(2x)=sin(2π​−x)tan(X)=1tan(X)=12sec^2(x)-sec(x)-1=02sec2(x)−sec(x)−1=0tan(2x-n/4)=-1,0<x<= 360tan(2x−4n​)=−1,0∘<x≤360∘tan(θ)=-1,0<= θ<= 2pitan(θ)=−1,0≤θ≤2π
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