Trigonometriske likninger og antall løsninger

Trigonometriske likninger og antall løsninger

Løs likningen

sinx3cosx=0,x[0,2π\sin x - \sqrt{3}\cos x = 0 \quad , \quad x \in \left[0, 2\pi \right\rangle

Ta utgangspunkt i likningen

(sinx12)(sinxa)=0,x[0,2π og aR\left(\sin x - \frac{1}{2}\right)\left(\sin x - a\right) = 0 \quad , \quad x \in \left[0, 2\pi\right\rangle \text{ og } a \in \mathbb{R}

For hvilke verdier av aa har likningen henholdsvis to, tre og fire løsninger?

Fasit

x=π3x = \dfrac{\pi}{3} og x=4π3x = \dfrac{4\pi}{3}

To løsninger: a>1|a|>1 eller a=12a=\dfrac{1}{2}; tre løsninger: a=±1a=\pm 1; fire løsninger: 1<a<1-1< a<1 og a12a \neq \dfrac{1}{2}

Løsningsforslag
sinx3cosx=0    sinx=3cosx    tanx=3\sin x - \sqrt{3}\cos x = 0 \implies \sin x = \sqrt{3}\cos x \implies \tan x = \sqrt{3} x=π3+nπ,nZx = \frac{\pi}{3} + n\pi, \quad n \in \mathbb{Z}

I intervallet [0,2π)[0, 2\pi):

x=π3\underline{\underline{x = \dfrac{\pi}{3}}} og x=4π3\underline{\underline{x = \dfrac{4\pi}{3}}}

Likningen (sinx12)(sinxa)=0\left(\sin x - \dfrac{1}{2}\right)\left(\sin x - a\right) = 0 gir

sinx=12ellersinx=a\sin x = \frac{1}{2} \quad \text{eller} \quad \sin x = a

sinx=12\sin x = \dfrac{1}{2} har to løsninger i [0,2π)[0, 2\pi): x=π6x = \dfrac{\pi}{6} og x=5π6x = \dfrac{5\pi}{6}.

sinx=a\sin x = a kan ha 00, 11 eller 22 løsninger avhengig av aa, og eventuelt de samme som sinx=12\sin x = \dfrac{1}{2}.

To løsninger:

  • a>1|a| > 1: sinx=a\sin x = a har ingen løsninger. Totalt 2 løsninger fra sinx=12\sin x = \dfrac{1}{2}.
  • a=12a = \dfrac{1}{2}: Begge faktorer gir samme to løsninger. Totalt 2 løsninger.

Tre løsninger:

  • a=1a = 1: sinx=1\sin x = 1 gir x=π2x = \dfrac{\pi}{2} (én ny løsning). Totalt 3 løsninger.
  • a=1a = -1: sinx=1\sin x = -1 gir x=3π2x = \dfrac{3\pi}{2} (én ny løsning). Totalt 3 løsninger.

Fire løsninger:

  • 1<a<1-1 < a < 1 og a12a \neq \dfrac{1}{2}: sinx=a\sin x = a gir to nye løsninger (ulike fra π6\dfrac{\pi}{6} og 5π6\dfrac{5\pi}{6}). Totalt 4 løsninger.
Sensorveiledning

Kandidater som får én løsning kan få 1 poeng.

4 poeng

Kandidater som finner noen av løsningene og har god argumentasjon for det, kan få 1 poeng.