第三章练习——基本关系
在计算练习中,基本关系给出模,象限给出符号。在身份中,指出您使用了三种方法中的哪一种。
从其中之一计算函数
已知$\operatorname{sen} x = \dfrac{4}{5}$和$\dfrac{\pi}{2} < x < \pi$,计算$x$的其他循环函数。
查看分辨率
作为 $\dfrac{\pi}{2} < x < \pi \Rightarrow \cos x < 0$,我们有:
$$\cos x = -\sqrt{1 - \operatorname{sen}^2 x} = -\sqrt{1 - \frac{16}{25}} = -\sqrt{\frac{9}{25}} = -\frac{3}{5}$$$$\operatorname{tg} x = \frac{\operatorname{sen} x}{\cos x} = \frac{\frac{4}{5}}{-\frac{3}{5}} = -\frac{4}{3} \qquad \operatorname{cotg} x = \frac{\cos x}{\operatorname{sen} x} = \frac{-\frac{3}{5}}{\frac{4}{5}} = -\frac{3}{4}$$$$\sec x = \frac{1}{\cos x} = \frac{1}{-\frac{3}{5}} = -\frac{5}{3} \qquad \operatorname{cossec} x = \frac{1}{\operatorname{sen} x} = \frac{1}{\frac{4}{5}} = \frac{5}{4}.$$已知$\operatorname{cossec} x = -\dfrac{25}{24}$和$\pi < x < \dfrac{3\pi}{2}$,计算$x$的其他循环函数。
Ver resposta
$\operatorname{sen} x = -\dfrac{24}{25}$, $\cos x = -\dfrac{7}{25}$, $\operatorname{tg} x = \dfrac{24}{7}$, $\operatorname{cotg} x = \dfrac{7}{24}$, $\sec x = -\dfrac{25}{7}$
已知$\operatorname{tg} x = \dfrac{12}{5}$和$\pi < x < \dfrac{3\pi}{2}$,计算$x$的其他循环函数。
查看分辨率
作为 $\pi < x < \dfrac{3\pi}{2} \Rightarrow \sec x < 0$,我们有:
$$\sec x = -\sqrt{1 + \operatorname{tg}^2 x} = -\sqrt{1 + \frac{144}{25}} = -\sqrt{\frac{169}{25}} = -\frac{13}{5} \qquad \cos x = \frac{1}{\sec x} = -\frac{5}{13}$$$$\operatorname{sen} x = \operatorname{tg} x \cdot \cos x = \left(\frac{12}{5}\right)\left(-\frac{5}{13}\right) = -\frac{12}{13} \qquad \operatorname{cossec} x = \frac{1}{\operatorname{sen} x} = -\frac{13}{12}.$$已知 $\operatorname{cotg} x = \dfrac{2\sqrt{m}}{m - 1}$ 和 $m > 1$ 计算 $\cos x$。
Ver resposta
$\cos x = \pm\dfrac{2\sqrt{m}}{m + 1}$
已知 $\operatorname{sen} x = \dfrac{2ab}{a^2 + b^2}$ 和 $a > b > 0$ 计算 $\sec x$。
Ver resposta
$\sec x = \pm\dfrac{a^2 + b^2}{a^2 - b^2}$
已知$\sec x = 3$,计算表达式$y = \operatorname{sen}^2 x + 2 \cdot \operatorname{tg}^2 x$的值。
查看分辨率
然后
$$y = \operatorname{sen}^2 x + 2 \cdot \operatorname{tg}^2 x = \frac{8}{9} + 16 = \frac{152}{9}.$$$\operatorname{sen} x = \dfrac{1}{3}$和$0 < x < \dfrac{\pi}{2}$,计算
$$y = \frac{1}{\operatorname{cossec} x + \operatorname{cotg} x} + \frac{1}{\operatorname{cossec} x - \operatorname{cotg} x}.$$Ver resposta
$y = 6$
已知$\operatorname{cotg} x = \dfrac{24}{7}$和$\pi < x < \dfrac{3\pi}{2}$,计算表达式的值
$$y = \frac{\operatorname{tg} x \cdot \cos x}{(1 + \cos x)(1 - \cos x)}.$$查看分辨率
**第一个解决方案。**我们计算 $\operatorname{tg} x$、$\cos x$,最后计算 $y$:
$$\operatorname{tg} x = \frac{1}{\operatorname{cotg} x} = \frac{7}{24} \qquad \cos^2 x = \frac{1}{1 + \operatorname{tg}^2 x} = \frac{1}{1 + \frac{49}{576}} = \frac{576}{625} \;\Rightarrow\; \cos x = -\frac{24}{25}$$$$y = \frac{\left(\frac{7}{24}\right)\left(-\frac{24}{25}\right)}{\left(1 - \frac{24}{25}\right)\left(1 + \frac{24}{25}\right)} = \frac{-\frac{7}{25}}{\frac{49}{625}} = -\frac{25}{7}.$$**第二个解决方案。**我们简化 $y$,然后计算所需的内容:
$$y = \frac{\frac{\operatorname{sen} x}{\cos x} \cdot \cos x}{1 - \cos^2 x} = \frac{\operatorname{sen} x}{\operatorname{sen}^2 x} = \frac{1}{\operatorname{sen} x} = \operatorname{cossec} x = -\sqrt{1 + \operatorname{cotg}^2 x} = -\sqrt{1 + \frac{576}{49}} = -\frac{25}{7}.$$给定$\cos x = \dfrac{2}{5}$和$\dfrac{3\pi}{2} < x < 2\pi$,获取$y = (1 + \operatorname{tg}^2 x)^2 + (1 - \operatorname{tg}^2 x)^2$的值。
Ver resposta
$y = \dfrac{457}{8}$
已知 $3 \cdot \cos x + \operatorname{sen} x = -1$,计算 $\operatorname{sen} x$ 和 $\cos x$。
查看分辨率
我们解决系统
$$\begin{cases} 3 \cdot \cos x + \operatorname{sen} x = -1 & (1) \\ \cos^2 x + \operatorname{sen}^2 x = 1 & (2) \end{cases}$$从 (1) 得出 $\operatorname{sen} x = -1 - 3 \cdot \cos x$ (1’)。替换 (2) 中的 (1’):
$$\cos^2 x + (-1 - 3\cos x)^2 = 1 \;\Longrightarrow\; \cos^2 x + 1 + 6\cos x + 9\cos^2 x = 1 \;\Longrightarrow\; 10\cos^2 x + 6\cos x = 0,$$然后 $\cos x = 0$ 或 $\cos x = -\dfrac{3}{5}$。替换 (1’) 中的每个替代项:
$$\operatorname{sen} x = -1 - 3 \cdot 0 = -1 \qquad\text{ou}\qquad \operatorname{sen} x = -1 - 3\left(-\frac{3}{5}\right) = \frac{4}{5}.$$有两种解决方案:1ª) $\cos x = 0$ 和 $\operatorname{sen} x = -1$; 2ª) $\cos x = -\dfrac{3}{5}$ 和 $\operatorname{sen} x = \dfrac{4}{5}$。
已知 $5 \cdot \sec x - 3 \cdot \operatorname{tg}^2 x = 1$,计算 $\operatorname{sen} x$ 和 $\cos x$。
Ver resposta
$\cos x = \dfrac{1}{2}$ e $\operatorname{sen} x = \pm\dfrac{\sqrt{3}}{2}$
知道 $\operatorname{sen}^2 x - 5 \cdot \operatorname{sen} x \cdot \cos x + \cos^2 x = 3$ 后得到 $\operatorname{tg} x$。
Ver resposta
$\operatorname{tg} x = -2$ 或 $\operatorname{tg} x = -\dfrac{1}{2}$
参数和删除条件
计算 $m$,得到 $\operatorname{sen} x = 2m + 1$ 和 $\cos x = 4m + 1$。
查看分辨率
作为 $\operatorname{sen}^2 x + \cos^2 x = 1$,其结果是:
$$(2m + 1)^2 + (4m + 1)^2 = 1 \;\Longrightarrow\; (4m^2 + 4m + 1) + (16m^2 + 8m + 1) = 1 \;\Longrightarrow\; 20m^2 + 12m + 1 = 0$$$$m = \frac{-12 \pm \sqrt{144 - 80}}{40} = \frac{-12 \pm 8}{40} \;\Longrightarrow\; m = -\frac{1}{2} \quad\text{ou}\quad m = -\frac{1}{10}.$$计算 $m$,得到 $\operatorname{tg} x = m - 2$ 和 $\operatorname{cotg} x = \dfrac{m}{3}$。
Ver resposta
$m = 3$ 或 $m = -1$
确定$a$,得到$\cos x = \dfrac{1}{a + 1}$和$\operatorname{cossec} x = \dfrac{a + 1}{\sqrt{a + 2}}$。
Ver resposta
$a = 1$
已知 $x = 3 \cdot \operatorname{sen} t$ 和 $y = 4 \cdot \cos t$,确定 $x$ 和 $y$ 之间的关系,独立于 $t$。
查看分辨率
作为 $\operatorname{sen}^2 t + \cos^2 t = 1$,其结果是:
$$\left(\frac{x}{3}\right)^2 + \left(\frac{y}{4}\right)^2 = 1 \;\Longrightarrow\; \frac{x^2}{9} + \frac{y^2}{16} = 1 \;\Longrightarrow\; 16x^2 + 9y^2 = 144.$$已知 $x = 5 \cdot \operatorname{tg} t$ 和 $y = 3 \cdot \operatorname{cossec} t$,确定 $x$ 和 $y$ 之间的关系,独立于 $t$。
查看分辨率
作为 $\operatorname{cossec}^2 t = \operatorname{cotg}^2 t + 1$ 和 $\operatorname{cotg} t = \dfrac{1}{\operatorname{tg} t}$,结果为:
$$\left(\frac{y}{3}\right)^2 = \left(\frac{5}{x}\right)^2 + 1 \;\Longrightarrow\; \frac{y^2}{9} = \frac{25}{x^2} + 1 \;\Longrightarrow\; x^2y^2 = 225 + 9x^2 \;\Longrightarrow\; x^2y^2 - 9x^2 = 225.$$如果$\operatorname{sen} x + \cos x = a$和$\operatorname{sen} x \cdot \cos x = b$,则获得$a$和$b$之间的关系,独立于$x$。
Ver resposta
$a^2 - 2b = 1$
给定$\operatorname{sen} x \cdot \cos x = m$,计算$y = \operatorname{sen}^4 x + \cos^4 x$和$z = \operatorname{sen}^6 x + \cos^6 x$的值。
查看分辨率
作为 $a^2 + b^2 \equiv (a + b)^2 - 2ab$,我们有:
$$y = (\operatorname{sen}^2 x)^2 + (\cos^2 x)^2 = (\operatorname{sen}^2 x + \cos^2 x)^2 - 2\operatorname{sen}^2 x \cos^2 x = 1^2 - 2(\operatorname{sen} x \cos x)^2 = 1 - 2m^2.$$作为 $a^3 + b^3 \equiv (a + b)(a^2 - ab + b^2)$,我们有:
$$z = (\operatorname{sen}^2 x)^3 + (\cos^2 x)^3 = (\operatorname{sen}^2 x + \cos^2 x)(\operatorname{sen}^4 x - \operatorname{sen}^2 x \cos^2 x + \cos^4 x)$$$$= \operatorname{sen}^4 x + \cos^4 x - \operatorname{sen}^2 x \cos^2 x = y - (\operatorname{sen} x \cos x)^2 = 1 - 2m^2 - m^2 = 1 - 3m^2.$$已知 $\operatorname{sen} x + \cos x = a$(给定 $a$),计算 $y = \operatorname{sen}^3 x + \cos^3 x$。
Ver resposta
$y = \dfrac{a}{2}(3 - a^2)$
展示身份
证明 $(1 + \operatorname{cotg}^2 x)(1 - \cos^2 x) = 1$ 对于每个实数 $x$、$x \ne k\pi$。
查看分辨率
证明$2 \cdot \sec x \cdot \operatorname{tg} x = \dfrac{1}{\operatorname{cossec} x - 1} + \dfrac{1}{\operatorname{cossec} x + 1}$对于所有实数$x$、$x \ne \dfrac{\pi}{2} + k\pi$(和$x \ne k\pi$,因此$\operatorname{cossec} x$存在)。
查看分辨率
证明 $(1 - \operatorname{tg} x)^2 + (1 - \operatorname{cotg} x)^2 = (\sec x - \operatorname{cossec} x)^2$ 对于每个实数 $x$、$x \ne \dfrac{k\pi}{2}$。
查看分辨率
我们将这两个成员分别转换为相同的表达式$h(x)$:
$$f(x) = \left(1 - \frac{\operatorname{sen} x}{\cos x}\right)^2 + \left(1 - \frac{\cos x}{\operatorname{sen} x}\right)^2 = \left(\frac{\cos x - \operatorname{sen} x}{\cos x}\right)^2 + \left(\frac{\operatorname{sen} x - \cos x}{\operatorname{sen} x}\right)^2$$$$= \frac{1 - 2\operatorname{sen} x \cos x}{\cos^2 x} + \frac{1 - 2\operatorname{sen} x \cos x}{\operatorname{sen}^2 x} = (1 - 2\operatorname{sen} x \cos x)\left(\frac{1}{\cos^2 x} + \frac{1}{\operatorname{sen}^2 x}\right) = \frac{1 - 2\operatorname{sen} x \cos x}{\cos^2 x \operatorname{sen}^2 x} = h(x)$$$$g(x) = \left(\frac{1}{\cos x} - \frac{1}{\operatorname{sen} x}\right)^2 = \left(\frac{\operatorname{sen} x - \cos x}{\cos x \operatorname{sen} x}\right)^2 = \frac{1 - 2\operatorname{sen} x \cos x}{\cos^2 x \operatorname{sen}^2 x} = h(x).$$证明 $\dfrac{1 - \cos x}{\operatorname{sen} x \cdot \cos x} + \operatorname{sen} x = \dfrac{1 - \cos x}{\operatorname{tg} x} + \operatorname{tg} x$ 对于每个实数 $x$、$x \ne \dfrac{k\pi}{2}$。
查看分辨率
我们证明 $f(x) - g(x) = 0$:
$$f(x) - g(x) = \frac{1 - \cos x}{\operatorname{sen} x \cos x} + \operatorname{sen} x - \frac{\cos x(1 - \cos x)}{\operatorname{sen} x} - \frac{\operatorname{sen} x}{\cos x}$$$$= \frac{1 - \cos x + \operatorname{sen}^2 x \cos x - \cos^2 x(1 - \cos x) - \operatorname{sen}^2 x}{\operatorname{sen} x \cos x}$$$$= \frac{1 - \cos x + (1 - \cos^2 x)\cos x - \cos^2 x(1 - \cos x) - (1 - \cos^2 x)}{\operatorname{sen} x \cos x}$$$$= \frac{1 - \cos x + \cos x - \cos^3 x - \cos^2 x + \cos^3 x - 1 + \cos^2 x}{\operatorname{sen} x \cos x} = 0.$$在练习97到116中,证明恒等式(在$x$和$y$的值中,其中定义了所有涉及的函数)。为了缩短演示时间,我们编写$s = \operatorname{sen} x$和$c = \cos x$。
$\cos^4 x + \operatorname{sen}^4 x + 2(\operatorname{sen} x \cdot \cos x)^2 = 1$
查看演示
第一个成员是完全平方数 $(c^2 + s^2)^2 = 1^2 = 1$。
$\dfrac{\operatorname{sen} x}{\operatorname{cossec} x} + \dfrac{\cos x}{\sec x} = 1$
查看演示
$\dfrac{s}{1/s} + \dfrac{c}{1/c} = s^2 + c^2 = 1$.
$\operatorname{tg} x + \operatorname{cotg} x = \sec x \cdot \operatorname{cossec} x$
查看演示
$\dfrac{s}{c} + \dfrac{c}{s} = \dfrac{s^2 + c^2}{sc} = \dfrac{1}{sc} = \dfrac{1}{c} \cdot \dfrac{1}{s} = \sec x \cdot \operatorname{cossec} x$.
$(\operatorname{tg} x + \operatorname{cotg} x)(\sec x - \cos x)(\operatorname{cossec} x - \operatorname{sen} x) = 1$
查看演示
对于上一年,$\operatorname{tg} x + \operatorname{cotg} x = \dfrac{1}{sc}$。另外,$\sec x - c = \dfrac{1 - c^2}{c} = \dfrac{s^2}{c}$ 和 $\operatorname{cossec} x - s = \dfrac{1 - s^2}{s} = \dfrac{c^2}{s}$。该产品是$\dfrac{1}{sc} \cdot \dfrac{s^2}{c} \cdot \dfrac{c^2}{s} = 1$。
$\sec^2 x + \operatorname{cossec}^2 x = \sec^2 x \cdot \operatorname{cossec}^2 x$
查看演示
$\dfrac{1}{c^2} + \dfrac{1}{s^2} = \dfrac{s^2 + c^2}{c^2 s^2} = \dfrac{1}{c^2} \cdot \dfrac{1}{s^2}$.
$\dfrac{\operatorname{cotg}^2 x}{1 + \operatorname{cotg}^2 x} = \cos^2 x$
查看演示
$1 + \operatorname{cotg}^2 x = \operatorname{cossec}^2 x = \dfrac{1}{s^2}$,所以第一个成员是$\dfrac{c^2}{s^2} \cdot s^2 = c^2$。
$\dfrac{\operatorname{sen}^3 x - \cos^3 x}{\operatorname{sen} x - \cos x} = 1 + \operatorname{sen} x \cdot \cos x$
查看演示
与 $a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)$ 一样,第一个成员是 $s^2 + sc + c^2 = 1 + sc$。
$\operatorname{cossec}^2 x + \operatorname{tg}^2 x = \sec^2 x + \operatorname{cotg}^2 x$
查看演示
$\operatorname{cossec}^2 x + \operatorname{tg}^2 x = (1 + \operatorname{cotg}^2 x) + (\sec^2 x - 1) = \sec^2 x + \operatorname{cotg}^2 x$.
$2(\operatorname{sen} x + \operatorname{tg} x)(\cos x + \operatorname{cotg} x) = (1 + \operatorname{sen} x + \cos x)^2$
查看演示
$(1 + \operatorname{cotg} x)^2 + (1 - \operatorname{cotg} x)^2 = 2 \cdot \operatorname{cossec}^2 x$
查看演示
展开平方,项 $\pm 2\operatorname{cotg} x$ 相互抵消:$2 + 2\operatorname{cotg}^2 x = 2(1 + \operatorname{cotg}^2 x) = 2\operatorname{cossec}^2 x$。
*注意:*在印刷版中,第一个括号出现时没有指数2;没有它,相等性不成立(例如,对于 $x = \frac{\pi}{4}$,第一个成员给出 2,第二个成员给出 4)。
$\dfrac{1 - 2\cos^2 x + \cos^4 x}{1 - 2\operatorname{sen}^2 x + \operatorname{sen}^4 x} = \operatorname{tg}^4 x$
查看演示
分子和分母是完全平方数:$\dfrac{(1 - c^2)^2}{(1 - s^2)^2} = \dfrac{(s^2)^2}{(c^2)^2} = \dfrac{s^4}{c^4} = \operatorname{tg}^4 x$。
$(\operatorname{cotg} x - \cos x)^2 + (1 - \operatorname{sen} x)^2 = (1 - \operatorname{cossec} x)^2$
查看演示
$\operatorname{cotg} x - c = \dfrac{c - sc}{s} = \dfrac{c(1 - s)}{s}$。然后
$$\frac{c^2(1 - s)^2}{s^2} + (1 - s)^2 = (1 - s)^2 \cdot \frac{c^2 + s^2}{s^2} = \left(\frac{1 - s}{s}\right)^2 = (\operatorname{cossec} x - 1)^2 = (1 - \operatorname{cossec} x)^2.$$$\dfrac{\cos x + \cos y}{\operatorname{sen} x - \operatorname{sen} y} = \dfrac{\operatorname{sen} x + \operatorname{sen} y}{\cos y - \cos x}$
查看演示
当“叉积”相等(分母非零)时,两个分数相等:
$$(\cos x + \cos y)(\cos y - \cos x) = \cos^2 y - \cos^2 x \qquad (\operatorname{sen} x - \operatorname{sen} y)(\operatorname{sen} x + \operatorname{sen} y) = \operatorname{sen}^2 x - \operatorname{sen}^2 y = (1 - \cos^2 x) - (1 - \cos^2 y) = \cos^2 y - \cos^2 x.$$$\dfrac{\cos x + \operatorname{cotg} x}{\operatorname{tg} x + \sec x} = \cos x \cdot \operatorname{cotg} x$
查看演示
$\dfrac{\operatorname{sen}^2 x - \cos^2 y}{\cos^2 x \cdot \cos^2 y} + 1 = \operatorname{tg}^2 x \cdot \operatorname{tg}^2 y$
查看演示
$\dfrac{1 - \cos x}{1 + \cos x} = (\operatorname{cossec} x - \operatorname{cotg} x)^2$
查看演示
$\dfrac{\operatorname{cotg} x + \operatorname{cotg} y}{\operatorname{tg} x + \operatorname{tg} y} = \operatorname{cotg} x \cdot \operatorname{cotg} y$
查看演示
$(\sec x \cdot \sec y + \operatorname{tg} x \cdot \operatorname{tg} y)^2 = 1 + (\sec x \cdot \operatorname{tg} y + \sec y \cdot \operatorname{tg} x)^2$
查看演示
我们使用第三种方法:平方之间的差是和与差的乘积。
$$(\sec x \sec y + \operatorname{tg} x \operatorname{tg} y)^2 - (\sec x \operatorname{tg} y + \sec y \operatorname{tg} x)^2$$$$= (\sec x - \operatorname{tg} x)(\sec y - \operatorname{tg} y) \cdot (\sec x + \operatorname{tg} x)(\sec y + \operatorname{tg} y) = (\sec^2 x - \operatorname{tg}^2 x)(\sec^2 y - \operatorname{tg}^2 y) = 1 \cdot 1 = 1.$$$\sec x - \operatorname{tg} x = \dfrac{1}{\sec x + \operatorname{tg} x}$
查看演示
$(\sec x - \operatorname{tg} x)(\sec x + \operatorname{tg} x) = \sec^2 x - \operatorname{tg}^2 x = 1$;只需除以 $\sec x + \operatorname{tg} x$(这不会取消,因为产品价值 1)。
$\operatorname{cossec}^6 x - \operatorname{cotg}^6 x = 1 + 3 \cdot \operatorname{cotg}^2 x \cdot \operatorname{cossec}^2 x$
查看演示
让$a = \operatorname{cossec}^2 x$和$b = \operatorname{cotg}^2 x$,以及$a - b = 1$。然后
$$a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2) = 1 \cdot \big[(a - b)^2 + 3ab\big] = 1 + 3ab = 1 + 3\operatorname{cotg}^2 x \operatorname{cossec}^2 x.$$