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第七章练习——方程

对于每个方程,首先问:它简化为什么基本方程?写出解族后,检查它们是否都不能抵消原方程中的分母。 方程 sin α = sin β 193 解方程组: a) $\operatorname{sen} x = \operatorname{sen}\dfrac{\pi}{5}$; b)$\operatorname{cossec} x = \operatorname{cossec}\dfrac{2\pi}{3}$; c) $\operatorname{sen} x = 0$; d)$\operatorname{sen} x = \dfrac{1}{2}$; e) $\operatorname{sen} x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2}$; f) $\operatorname{sen} x = \dfrac{\sqrt{3}}{2}$; g) $\operatorname{sen} x = 1$; h) $\operatorname{sen} x = -1$。 查看分辨率a) $\operatorname{sen} x = \operatorname{sen}\dfrac{\pi}{5} \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{5} + 2k\pi$ 或 $x = \pi - \dfrac{\pi}{5} + 2k\pi$。 $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{\pi}{5} + 2k\pi \text{ ou } x = \dfrac{4\pi}{5} + 2k\pi\right\}$。 b) $\operatorname{cossec} x = \operatorname{cossec}\dfrac{2\pi}{3} \Rightarrow \dfrac{1}{\operatorname{sen} x} = \dfrac{1}{\operatorname{sen}\frac{2\pi}{3}} \Rightarrow \operatorname{sen} x = \operatorname{sen}\dfrac{2\pi}{3}$,然后 $x = \dfrac{2\pi}{3} + 2k\pi$ 或 $x = \pi - \dfrac{2\pi}{3} + 2k\pi$。 $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{2\pi}{3} + 2k\pi \text{ ou } x = \dfrac{\pi}{3} + 2k\pi\right\}$。 c) $\operatorname{sen} x = 0 = \operatorname{sen} 0 \Rightarrow x = 2k\pi$ 或 $x = \pi + 2k\pi = (2k + 1)\pi$。 $\;S = \{x \in \mathbb{R} \mid x = k\pi\}$。 d) $\operatorname{sen} x = \dfrac{1}{2} = \operatorname{sen}\dfrac{\pi}{6}$. $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{\pi}{6} + 2k\pi \text{ ou } x = \dfrac{5\pi}{6} + 2k\pi\right\}$. e) $\operatorname{sen} x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2} = \operatorname{sen}\dfrac{5\pi}{4}$,然后是 $x = \dfrac{5\pi}{4} + 2k\pi$ 或 $x = \pi - \dfrac{5\pi}{4} + 2k\pi$。 $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{5\pi}{4} + 2k\pi \text{ ou } x = -\dfrac{\pi}{4} + 2k\pi\right\}$。 f) $\operatorname{sen} x = \dfrac{\sqrt{3}}{2} = \operatorname{sen}\dfrac{\pi}{3}$. $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{\pi}{3} + 2k\pi \text{ ou } x = \dfrac{2\pi}{3} + 2k\pi\right\}$. g) $\operatorname{sen} x = 1 = \operatorname{sen}\dfrac{\pi}{2}$(两个系列一致)。 $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{\pi}{2} + 2k\pi\right\}$。 h) $\operatorname{sen} x = -1 = \operatorname{sen}\dfrac{3\pi}{2}$. $\;S = \left\{x \in \mathbb{R} \;\middle|\; x = \dfrac{3\pi}{2} + 2k\pi\right\}$.

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反圆函数

方程 $\operatorname{sen} x = \frac{1}{3}$ 有无穷多个解,但没有一个是值得注意的弧。解决方案怎么写?我们需要一个“正弦为 $\frac{1}{3}$ 的弧”的名称。问题是这样的弧有无数个;因此名称指定 a 数字,我们选择一个正弦不重复的区间。此选择定义了逆循环函数。 故事 符号 $\operatorname{arc\,sen} x$ —“正弦为 $x$ 的弧” — 由 丹尼尔·伯努利 在 1729 中使用,并由奥地利数学家 约瑟夫·谢弗 在 1772 中使用,并受到 拉格朗日 和其他数学家的关注。 18世纪末的作家。计算器中常见的符号$\operatorname{sen}^{-1} x$是由英国天文学家John Herschel在1813中通过类比函数的逆函数提出的;它的缺点是容易与$\frac{1}{\operatorname{sen} x}$混淆,这就是本书中我们使用$\operatorname{arc\,sen}$的原因。 约翰·赫歇尔是谁 约翰·赫歇尔 (1792–1871) 是天文学家威廉·赫歇尔的儿子,他发现了天王星。当他还是剑桥大学的学生时,他就与查尔斯·巴贝奇和乔治·皮科克一起创立了分析学会 (1812),该组织希望将莱布尼茨的微积分符号 $dy/dx$ 引入英国,以取代牛顿的点 $\dot{y}$ — 他们开玩笑说,他们捍卫“数学原理”纯粹的D主义反对大学的Dot-age”(dotage意思是“衰老”)。正是在这种符号努力中,他的 $\operatorname{sen}^{-1}$ 出现了。赫歇尔在开普敦待了四年,绘制了南半球天空的星星图,他是摄影术的先驱之一:他发明了蓝晒法,即古代工程植物的蓝色处理方法,并普及了摄影术、负片和正片等词。他被安葬在威斯敏斯特教堂,牛顿旁边。 1729丹尼尔·伯努利写道“A S”。对于正弦给定的弧。 1772Joseph Scherffer 使用arc。罪恶。 世纪末。十八拉格朗日等人传播了反正弦。 1813John Herschel 提议 $\sin^{-1} x$。 今天计算器使用$\sin^{-1}$;巴西书籍,$\operatorname{arc\,sen}$。 来源: John Herschel (MacTutor) · F. Cajori,数学符号史,卷。 II (1929),§§ 532–535 · 函数符号的最早使用 (Jeff Miller)。 在日常生活中 陡峭的街道。 坡度为 20% 的街道水平方向每 100 米升高 20 米;角度为 $\operatorname{arc\,tg} 0{,}2 \approx 11{,}3^\circ$。 **梯子。**安全规则要求将梯子的底部 1/4 移离墙壁;与地板的角度为 $\operatorname{arc\,cos}\frac{1}{4} \approx 75{,}5^\circ$。 **手机作为水平仪。**加速度计测量落在设备每个轴上的重力,水平仪应用程序计算与切线弧的倾斜度。 从安全规则(距腿长度 1/4)到角度:$\operatorname{arc\,cos}\frac14 \approx 75{,}5^\circ$。使用按钮。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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区间和经典方程的解

到目前为止,我们已经求解了 $\mathbb{R}$ 中的方程,获得了无穷个解族。然而,通常情况下,只有 范围 内的解才有意义,例如,位于 $0$ 和 $\pi$ 之间的三角形的角度。某些方程出现得太多,以至于它们有自己的方法:它们是经典方程。 故事 方程 $a\operatorname{sen} x + b\cos x = c$ 是同一周期的两次振荡之和的方程:它出现在天文学(两个圆周运动的组合)、波动物理学和电力(异相交流电)中。将 $a\operatorname{sen} x + b\cos x$ 重写为单个位移正弦曲线(辅助角 $\theta$)的技巧已被 18 世纪的天文学家使用。它在 19 世纪末获得了工业上的重要性,当时工程师 Charles Steinmetz 在 1893 中表明,交流电可以作为复数相加:每个正弦波变成一个具有长度(振幅)和斜率(相位)的箭头,而添加振荡就成为添加箭头。这正是我们在编写 $a\operatorname{sen} x + b\cos x = \sqrt{a^2 + b^2}\,\operatorname{sen}(x + \theta)$ 时所做的。 查尔斯·斯坦梅茨是谁 Charles Proteus Steinmetz (1865–1923) 出生于普鲁士布雷斯劳(现波兰弗罗茨瓦夫),患有残疾,导致背部弯曲,身材矮小。作为一名数学系学生,他加入了一家社会主义报纸,并在被捕的威胁下逃离了德国。于 1889 抵达美国,几乎没有钱,也不会说英语。几年之内,他成为斯克内克塔迪通用电气公司的首席工程师,在那里他被称为“斯克内克塔迪巫师”。他的复数方法使设计当今为家庭供电的交流电网络成为可能。据说,他被叫去修理一台没人能工作的机器,他检查了机器,并在缺陷处用粉笔画了一个“X”。费用很高,GE要求提供细节;据报道,斯坦梅茨回应道:“用粉笔标记 X:1 美元。知道在哪里标记:9.999 美元。” Steinmetz 相量:$a\operatorname{sen}x + b\cos x$ 是旋转箭头的高度,该箭头的长度为 $\sqrt{a^2 + b^2}$。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa.

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基本方程

令$f$和$g$为变量$x$的两个三角函数。求解方程$f(x) = g(x)$就是确定数字$r$的集合$S$,其中$f(r) = g(r)$是一个真实的句子。该集合是方程的解集(或真值集)。 故事 三角方程早在三角方程这个名字出现之前就已经出现了:希腊、印度和阿拉伯天文学家需要找到具有给定正弦的弧,以将观测结果转换为天空中的位置。其中最著名的是开普勒方程,发表于Astronomia nova (1609): $$M = E - e\operatorname{sen} E,$$根据经过的时间 ($M$) 和轨道偏心率 $e$ 给出行星在其椭圆轨道上的位置 $E$。这个问题无法用代数运算来解决,开普勒经过多次尝试,向几何学家发起挑战,要求他们找到一种方法。他自己暂时解决了。在 18 世纪欧拉开始将正弦和余弦视为实数的函数之后,用整数 $k$ 将方程的所有解写在一个公式中的想法才变得自然,定义为任何弧 - 正、负或大于一圈。 约翰尼斯·开普勒是谁 约翰内斯·开普勒(1571–1630)出生于德国南部Weil der Stadt的一个贫困家庭,童年时差点死于天花,这导致他的视力很弱——这对天文学家来说很奇怪。格拉茨的数学教授,他成为布拉格第谷·布拉赫的1600助理,一年后第谷去世,他继承了帝国数学家的职位和火星观测。经过六年的计算得出结论,火星的轨道不是圆形,而是一个椭圆——开普勒的前两条定律,发表于1609。他的个人生活很困难:他失去了第一任妻子和几个孩子,在 1615 和 1621 之间,他必须为自己的母亲凯瑟琳娜辩护,她被指控巫术。她被监禁了一年多,并受到酷刑威胁,但由于儿子的辩护,最终被无罪释放。 约翰内斯·开普勒 (1571–1630)。奥古斯特·科勒 · 维基共享资源 · 公共领域 开普勒方程。给定时间 $M$,我们寻找给出行星在椭圆中位置的角度 $E$(绿色);太阳保持焦点。 Ative o JavaScript para ver esta figura interativa. ◀ 上一站 沿路线走一遍 下一站 ▶ 1571 Weil der StadtNasce numa família pobre. A varíola, na infância, lhe deixa a vista fraca. 1589–1594 TübingenEstuda teologia na universidade, onde o professor Michael Mästlin lhe apresenta, em aulas particulares, a teoria de Copérnico. 1594–1600 GrazProfessor de matemática. Publica o Mysterium cosmographicum (1596). 1600–1612 PragaAssistente e depois sucessor de Tycho Brahe. Na Astronomia nova (1609) publica as duas primeiras leis e a equação $M = E - e\operatorname{sen}E$. 1612–1626 LinzMatemático da província. Publica a terceira lei (1619) e defende a mãe, acusada de bruxaria em Leonberg. 1630 RatisbonaMorre durante uma viagem para cobrar salários atrasados. 请启用 JavaScript 以查看地图。各站列在下方。 As cidades de Johannes Kepler. Clique numa etapa ou use Percorrer a viagem. 地图:© OpenStreetMap 贡献者