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摘要:三角函数是高中数学的重点内容,本文研究一类不太常见的问题,即三角函数方程或方程组,并且未知数的个数多于所给方程的个数,如何挖掘题目中的隐藏条件是解决这类问题的关键,文中同时对某些问题进行了推广。
关键词:三角函数;方程;不等式
一般来说,一个方程一个未知数,两个方程两个未知数才能够解出唯一解。但是我们在高中数学的学习中往往会发现一些反常的情况,比如一个方程两个未知数能够解出唯一解,又如两个方程五个未知数能够解出一个定比例关系。对于这种未知数个数多于方程个数的情况,下面我们就以三角方程为例进行分析。
一、一元二次三角方程
例1
解:将原式整理为
将其视为关于的一元二次方程,方程有解,则,故
评注:对于一元二次三角方程,一般情况下解是不确定的,只有特殊情况下才有定解。特殊情况主要有非负数之和为0,基本不等式取等号,一元二次方程判别式为O等。
二、二元一次三角方程组
例2 已知
解:两式平方相加得推出
评注:这是人教版教材必修四P147的一道习题,它本质上是四个方程四个未知数(考虑到,但用解方程的方法解出这四个未知数再计算cOs(α-β)将会非常烦琐。
希尔伯特说过:“数学问题的宝藏是无穷无尽的,一个问题一旦解决,无数新的问题就会取而代之。”如果我们思考更一般的问题呢?
问题1:设当m,n∈R满足什么条件时有解?
解:两式平方相加得①
所以
解得②
两式分别和差化积得
由万能公式得
所以易知此不等式恒成立,所以原方程组有解的充要条件是0≤m2=n2≤4。
问题2:α,β的具体值能求出吗?(有些同学对例1的方法始终难以接受,因为我们始终未把α,β求出来,下面我们就利用反三角函数把α,β表示出来)
解:由问题1中的①③两式知
评注:两式相加减即可解出α,β。当然,一般情况下α,β有无穷多组解。即使取k1=k2=0,考虑到方程组两式各有正负性两种选择,此时α,β也有四组解。
三、多元一次三角方程组
例3 已知1,且求证:
解法一:两式相减得和差化积得即所以则a=
代入原式得所以
解法二:已知两点A(cosθ,sinθ),B(cosψ,sinψ)都在直线ax by=c上,但点A,B又决定一条直线(cosθ-cosψ)(y-sinψ)-(sinθsinψ)(x-cosψ).化简得xCOS又因为两点确定唯一一条直线,所以两直线重合,故有对应系数成比例,即
评析:本题只有两个方程,而却有a,b,c,θ,ψ五个未知数,解题时很容易陷入不知所措的境况。解法一观察到两式相减可以消去变量c,通过解出a,b的比例关系,代入原式寻找c的比例关系,逐层推进,是一个可行的方法。而解法二则更胜一筹,通过观察方程的几何意义,推导出本题的数学本质,免去了烦琐的计算。
例4 已知O
关键词:三角函数;方程;不等式
一般来说,一个方程一个未知数,两个方程两个未知数才能够解出唯一解。但是我们在高中数学的学习中往往会发现一些反常的情况,比如一个方程两个未知数能够解出唯一解,又如两个方程五个未知数能够解出一个定比例关系。对于这种未知数个数多于方程个数的情况,下面我们就以三角方程为例进行分析。
一、一元二次三角方程
例1
解:将原式整理为
将其视为关于的一元二次方程,方程有解,则,故
评注:对于一元二次三角方程,一般情况下解是不确定的,只有特殊情况下才有定解。特殊情况主要有非负数之和为0,基本不等式取等号,一元二次方程判别式为O等。
二、二元一次三角方程组
例2 已知
解:两式平方相加得推出
评注:这是人教版教材必修四P147的一道习题,它本质上是四个方程四个未知数(考虑到,但用解方程的方法解出这四个未知数再计算cOs(α-β)将会非常烦琐。
希尔伯特说过:“数学问题的宝藏是无穷无尽的,一个问题一旦解决,无数新的问题就会取而代之。”如果我们思考更一般的问题呢?
问题1:设当m,n∈R满足什么条件时有解?
解:两式平方相加得①
所以
解得②
两式分别和差化积得
由万能公式得
所以易知此不等式恒成立,所以原方程组有解的充要条件是0≤m2=n2≤4。
问题2:α,β的具体值能求出吗?(有些同学对例1的方法始终难以接受,因为我们始终未把α,β求出来,下面我们就利用反三角函数把α,β表示出来)
解:由问题1中的①③两式知
评注:两式相加减即可解出α,β。当然,一般情况下α,β有无穷多组解。即使取k1=k2=0,考虑到方程组两式各有正负性两种选择,此时α,β也有四组解。
三、多元一次三角方程组
例3 已知1,且求证:
解法一:两式相减得和差化积得即所以则a=
代入原式得所以
解法二:已知两点A(cosθ,sinθ),B(cosψ,sinψ)都在直线ax by=c上,但点A,B又决定一条直线(cosθ-cosψ)(y-sinψ)-(sinθsinψ)(x-cosψ).化简得xCOS又因为两点确定唯一一条直线,所以两直线重合,故有对应系数成比例,即
评析:本题只有两个方程,而却有a,b,c,θ,ψ五个未知数,解题时很容易陷入不知所措的境况。解法一观察到两式相减可以消去变量c,通过解出a,b的比例关系,代入原式寻找c的比例关系,逐层推进,是一个可行的方法。而解法二则更胜一筹,通过观察方程的几何意义,推导出本题的数学本质,免去了烦琐的计算。
例4 已知O