解答
(sec2(x)+1)(sec2(x)−1)=tan(x)
解答
x=πn,x=0.42567…+πn
+1
度数
x=0∘+180∘n,x=24.38942…∘+180∘n求解步骤
(sec2(x)+1)(sec2(x)−1)=tan(x)
两边减去 tan(x)(sec2(x)+1)(sec2(x)−1)−tan(x)=0
使用三角恒等式改写
−tan(x)+(−1+sec2(x))(1+sec2(x))
使用毕达哥拉斯恒等式: sec2(x)=tan2(x)+1sec2(x)−1=tan2(x)=−tan(x)+tan2(x)(1+sec2(x))
−tan(x)+(1+sec2(x))tan2(x)=0
分解 −tan(x)+(1+sec2(x))tan2(x):tan(x)(−1+tan(x)(sec2(x)+1))
−tan(x)+(1+sec2(x))tan2(x)
使用指数法则: ab+c=abactan2(x)=tan(x)tan(x)=−tan(x)+(sec2(x)+1)tan(x)tan(x)
因式分解出通项 tan(x)=tan(x)(−1+(sec2(x)+1)tan(x))
tan(x)(−1+tan(x)(sec2(x)+1))=0
分别求解每个部分tan(x)=0or−1+tan(x)(sec2(x)+1)=0
tan(x)=0:x=πn
tan(x)=0
tan(x)=0的通解
tan(x) 周期表(周期为 πn):
x06π4π3π2π32π43π65πtan(x)03313±∞−3−1−33
x=0+πn
x=0+πn
解 x=0+πn:x=πn
x=0+πn
0+πn=πnx=πn
x=πn
−1+tan(x)(sec2(x)+1)=0:x=arctan(0.45339…)+πn
−1+tan(x)(sec2(x)+1)=0
使用三角恒等式改写
−1+(1+sec2(x))tan(x)
使用毕达哥拉斯恒等式: sec2(x)=tan2(x)+1=−1+(1+tan2(x)+1)tan(x)
化简 1+tan2(x)+1:tan2(x)+2
1+tan2(x)+1
对同类项分组=tan2(x)+1+1
数字相加:1+1=2=tan2(x)+2
=−1+tan(x)(tan2(x)+2)
−1+(2+tan2(x))tan(x)=0
用替代法求解
−1+(2+tan2(x))tan(x)=0
令:tan(x)=u−1+(2+u2)u=0
−1+(2+u2)u=0:u≈0.45339…
−1+(2+u2)u=0
展开 −1+(2+u2)u:−1+2u+u3
−1+(2+u2)u
=−1+u(2+u2)
乘开 u(2+u2):2u+u3
u(2+u2)
使用分配律: a(b+c)=ab+aca=u,b=2,c=u2=u⋅2+uu2
=2u+u2u
u2u=u3
u2u
使用指数法则: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=u2+1
数字相加:2+1=3=u3
=2u+u3
=−1+2u+u3
−1+2u+u3=0
改写成标准形式 anxn+…+a1x+a0=0u3+2u−1=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u3+2u−1=0 的一个解:u≈0.45339…
u3+2u−1=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u3+2u−1
找到 f′(u):3u2+2
dud(u3+2u−1)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u3)+dud(2u)−dud(1)
dud(u3)=3u2
dud(u3)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
化简=3u2
dud(2u)=2
dud(2u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=2dudu
使用常见微分定则: dudu=1=2⋅1
化简=2
dud(1)=0
dud(1)
常数微分: dxd(a)=0=0
=3u2+2−0
化简=3u2+2
令 u0=1计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=0.6:Δu1=0.4
f(u0)=13+2⋅1−1=2f′(u0)=3⋅12+2=5u1=0.6
Δu1=∣0.6−1∣=0.4Δu1=0.4
u2=0.46493…:Δu2=0.13506…
f(u1)=0.63+2⋅0.6−1=0.416f′(u1)=3⋅0.62+2=3.08u2=0.46493…
Δu2=∣0.46493…−0.6∣=0.13506…Δu2=0.13506…
u3=0.45346…:Δu3=0.01146…
f(u2)=0.46493…3+2⋅0.46493…−1=0.03037…f′(u2)=3⋅0.46493…2+2=2.64849…u3=0.45346…
Δu3=∣0.45346…−0.46493…∣=0.01146…Δu3=0.01146…
u4=0.45339…:Δu4=0.00006…
f(u3)=0.45346…3+2⋅0.45346…−1=0.00018…f′(u3)=3⋅0.45346…2+2=2.61689…u4=0.45339…
Δu4=∣0.45339…−0.45346…∣=0.00006…Δu4=0.00006…
u5=0.45339…:Δu5=2.5125E−9
f(u4)=0.45339…3+2⋅0.45339…−1=6.57449E−9f′(u4)=3⋅0.45339…2+2=2.61670…u5=0.45339…
Δu5=∣0.45339…−0.45339…∣=2.5125E−9Δu5=2.5125E−9
u≈0.45339…
使用长除法 Equation0:u−0.45339…u3+2u−1=u2+0.45339…u+2.20556…
u2+0.45339…u+2.20556…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u2+0.45339…u+2.20556…=0 的一个解:u∈R无解
u2+0.45339…u+2.20556…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u2+0.45339…u+2.20556…
找到 f′(u):2u+0.45339…
dud(u2+0.45339…u+2.20556…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud(u2)+dud(0.45339…u)+dud(2.20556…)
dud(u2)=2u
dud(u2)
使用幂法则: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud(0.45339…u)=0.45339…
dud(0.45339…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=0.45339…dudu
使用常见微分定则: dudu=1=0.45339…⋅1
化简=0.45339…
dud(2.20556…)=0
dud(2.20556…)
常数微分: dxd(a)=0=0
=2u+0.45339…+0
化简=2u+0.45339…
令 u0=−5计算 un+1 至 Δun+1<0.000001
u1=−2.38770…:Δu1=2.61229…
f(u0)=(−5)2+0.45339…(−5)+2.20556…=24.93858…f′(u0)=2(−5)+0.45339…=−9.54660…u1=−2.38770…
Δu1=∣−2.38770…−(−5)∣=2.61229…Δu1=2.61229…
u2=−0.80877…:Δu2=1.57892…
f(u1)=(−2.38770…)2+0.45339…(−2.38770…)+2.20556…=6.82410…f′(u1)=2(−2.38770…)+0.45339…=−4.32200…u2=−0.80877…
Δu2=∣−0.80877…−(−2.38770…)∣=1.57892…Δu2=1.57892…
u3=1.33267…:Δu3=2.14145…
f(u2)=(−0.80877…)2+0.45339…(−0.80877…)+2.20556…=2.49299…f′(u2)=2(−0.80877…)+0.45339…=−1.16416…u3=1.33267…
Δu3=∣1.33267…−(−0.80877…)∣=2.14145…Δu3=2.14145…
u4=−0.13773…:Δu4=1.47040…
f(u3)=1.33267…2+0.45339…⋅1.33267…+2.20556…=4.58582…f′(u3)=2⋅1.33267…+0.45339…=3.11874…u4=−0.13773…
Δu4=∣−0.13773…−1.33267…∣=1.47040…Δu4=1.47040…
u5=−12.28878…:Δu5=12.15105…
f(u4)=(−0.13773…)2+0.45339…(−0.13773…)+2.20556…=2.16209…f′(u4)=2(−0.13773…)+0.45339…=0.17793…u5=−12.28878…
Δu5=∣−12.28878…−(−0.13773…)∣=12.15105…Δu5=12.15105…
u6=−6.16844…:Δu6=6.12033…
f(u5)=(−12.28878…)2+0.45339…(−12.28878…)+2.20556…=147.64808…f′(u5)=2(−12.28878…)+0.45339…=−24.12417…u6=−6.16844…
Δu6=∣−6.16844…−(−12.28878…)∣=6.12033…Δu6=6.12033…
u7=−3.01629…:Δu7=3.15214…
f(u6)=(−6.16844…)2+0.45339…(−6.16844…)+2.20556…=37.45853…f′(u6)=2(−6.16844…)+0.45339…=−11.88349…u7=−3.01629…
Δu7=∣−3.01629…−(−6.16844…)∣=3.15214…Δu7=3.15214…
u8=−1.23538…:Δu8=1.78090…
f(u7)=(−3.01629…)2+0.45339…(−3.01629…)+2.20556…=9.93603…f′(u7)=2(−3.01629…)+0.45339…=−5.57919…u8=−1.23538…
Δu8=∣−1.23538…−(−3.01629…)∣=1.78090…Δu8=1.78090…
u9=0.33676…:Δu9=1.57215…
f(u8)=(−1.23538…)2+0.45339…(−1.23538…)+2.20556…=3.17163…f′(u8)=2(−1.23538…)+0.45339…=−2.01738…u9=0.33676…
Δu9=∣0.33676…−(−1.23538…)∣=1.57215…Δu9=1.57215…
u10=−1.85651…:Δu10=2.19328…
f(u9)=0.33676…2+0.45339…⋅0.33676…+2.20556…=2.47166…f′(u9)=2⋅0.33676…+0.45339…=1.12692…u10=−1.85651…
Δu10=∣−1.85651…−0.33676…∣=2.19328…Δu10=2.19328…
u11=−0.38074…:Δu11=1.47577…
f(u10)=(−1.85651…)2+0.45339…(−1.85651…)+2.20556…=4.81048…f′(u10)=2(−1.85651…)+0.45339…=−3.25963…u11=−0.38074…
Δu11=∣−0.38074…−(−1.85651…)∣=1.47577…Δu11=1.47577…
u12=6.68826…:Δu12=7.06901…
f(u11)=(−0.38074…)2+0.45339…(−0.38074…)+2.20556…=2.17790…f′(u11)=2(−0.38074…)+0.45339…=−0.30809…u12=6.68826…
Δu12=∣6.68826…−(−0.38074…)∣=7.06901…Δu12=7.06901…
无法得出解
解是u≈0.45339…
u=tan(x)代回tan(x)≈0.45339…
tan(x)≈0.45339…
tan(x)=0.45339…:x=arctan(0.45339…)+πn
tan(x)=0.45339…
使用反三角函数性质
tan(x)=0.45339…
tan(x)=0.45339…的通解tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πnx=arctan(0.45339…)+πn
x=arctan(0.45339…)+πn
合并所有解x=arctan(0.45339…)+πn
合并所有解x=πn,x=arctan(0.45339…)+πn
以小数形式表示解x=πn,x=0.42567…+πn