37В. а) Решите уравнение  \(\frac{{2\left( {\cos x + \sin x} \right) + 1 — \cos 2x}}{{2\left( {1 + \sin x} \right)}} = \sqrt 3  + \sin x;\)

б) Найдите все корни принадлежащие промежутку \(\left[ {\, — 7;\,\,6} \right].\)

Ответ

ОТВЕТ:  а) \( — \frac{\pi }{6} + 2\pi k,\,\,\,\,\,\,k\, \in \,Z;\)

б) \( — \frac{{13\pi }}{6};\,\,\,\, — \frac{\pi }{6};\,\,\,\,\,\frac{{11\pi }}{6}\).

Решение

a)

\(\frac{{2\left( {\cos x + \sin x} \right) + 1 — \cos 2x}}{{2\left( {1 + \sin x} \right)}} = \sqrt 3 + \sin x\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{2\cos x + 2\sin x + 1 — \cos 2x — 2\sqrt 3  — 2\sin x — 2\sqrt 3 \sin x — 2{{\sin }^2}x}}{{2\left( {1 + \sin x} \right)}} = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\frac{{2\cos x + 1 — \cos 2x — 2\sqrt 3  — 2\sqrt 3 \sin x — 2{{\sin }^2}x}}{{2\left( {1 + \sin x} \right)}} = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{2\cos x + 1 — \cos 2x — 2\sqrt 3  — 2\sqrt 3 \sin x — 2{{\sin }^2}x = 0,}\\{1 + \sin x \ne 0.\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\,}\end{array}} \right.\)

Решим уравнение системы:

\(2\cos x + 1 — \cos 2x — 2\sqrt 3  — 2\sqrt 3 \sin x — 2{\sin ^2}x = 0.\)

Так как \(\cos 2x = 1 — 2{\sin ^2}x,\) то уравнение примет вид:

\(2\cos x + 1 — 1 + 2{\sin ^2}x — 2\sqrt 3  — 2\sqrt 3 \sin x — 2{\sin ^2}x = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;2\cos x — 2\sqrt 3  — 2\sqrt 3 \sin x = 0\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\sqrt 3 \sin x — \cos x =  — \sqrt 3 .\)

Получили уравнение вида:  \(a\sin x + b\cos x = c,\;\;\)где \(\;a = \sqrt 3 ,\,\,\,\,b =  — 1,\;\;c =  — \sqrt 3 .\)

Разделим обе части исходного уравнения на \(\sqrt {{a^2} + {b^2}} ,\;\) то есть на  \(\sqrt {{1^2} + {{\sqrt 3 }^2}}  = 2\).

\(\frac{{\sqrt 3 }}{2}\sin x — \frac{1}{2}\cos x =  — \frac{{\sqrt 3 }}{2}\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\cos \frac{\pi }{6}\sin x — \sin \frac{\pi }{6}\cos x =  — \frac{{\sqrt 3 }}{2}\;\;\;\; \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\sin \left( {x — \frac{\pi }{6}} \right) =  — \frac{{\sqrt 3 }}{2}.\)

Тогда исходное уравнение равносильно системе:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\sin \left( {x — \frac{\pi }{6}} \right) =  — \frac{{\sqrt 3 }}{2},}\\{\sin x \ne  — 1\;\;\,\,\;\;\;\;\;\,\;\;\;\;\;\,}\end{array}} \right.\;\;\;\; \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x — \frac{\pi }{6} =  — \frac{\pi }{3} + 2\pi k,\;}\\{x — \frac{\pi }{6} =  — \frac{{2\pi }}{3} + 2\pi k}\end{array}\;\;\;\;\;\;} \right.}\\{x \ne  — \frac{\pi }{2} + 2\pi n,\;\;\;n \in Z\;\;\,\,\,\,}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \;\;\;\;\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x =  — \frac{\pi }{6} + 2\pi k,\;}\\{x =  — \frac{\pi }{2} + 2\pi k,\,}\end{array}} \right.}\\{x \ne  — \frac{\pi }{2} + 2\pi n,\;\;\,}\end{array}} \right.\;\;\;\,\;k,n \in Z\;\;\;\;\, \Leftrightarrow \;\;\,\;\;x =  — \frac{\pi }{6} + 2\pi k,\;\;\;\;k \in Z.\)

б) Отберём корни, принадлежащие отрезку \(\left[ {\, — 7;\,\,6} \right],\) с помощью двойного неравенства, учитывая, что \(k \in Z\):

\( — 7 \le  — \frac{\pi }{6} + 2\pi k \le 6\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\, — 7 + \frac{\pi }{6} \le 2\pi k \le 6 + \frac{\pi }{6}\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \)

\( \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\, — \frac{7}{{2\pi }} + \frac{1}{{12}} \le k \le \frac{3}{\pi } + \frac{1}{{12}}\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,k =  — 1,\,\,\,\,\,k = 0,\,\,\,\,\,k = 1.\)

При \(k =  — 1,\) \(x =  — \frac{\pi }{6} — 2\pi  =  — \frac{{13\pi }}{6}.\)

При \(k = 0,\) \(x =  — \frac{\pi }{6}.\)

При \(k = 1,\) \(x =  — \frac{\pi }{6} + 2\pi  = \frac{{11\pi }}{6}.\)

Следовательно, заданному промежутку принадлежат корни: \(x =  — \frac{{13\pi }}{6};\;\,\,\,\;\;x =  — \frac{\pi }{6};\;\;\,\,\;x = \frac{{11\pi }}{6}.\)

Ответ:  а)  \( — \frac{\pi }{6} + 2\pi k,\,\,\,\,\,\,k\, \in \,Z;\)

             б)  \( — \frac{{13\pi }}{6};\,\,\,\, — \frac{\pi }{6};\,\,\,\,\,\frac{{11\pi }}{6}\).