Quay lại danh sách
MATHKhối 1123/05/2025

Ứng dụng phương pháp "đặt t=tan(x/2)"

Tài liệu học tập: Ứng dụng phương pháp đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2} giải phương trình lượng giác

I. Cơ sở lý thuyết

1. Công thức lượng giác hóa

Đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}, ta có các công thức lượng giác hóa sau:

  • sinx=2t1+t2\sin x = \frac{2t}{1 + t^2}
  • cosx=1t21+t2\cos x = \frac{1 - t^2}{1 + t^2}
  • tanx=2t1t2\tan x = \frac{2t}{1 - t^2}
  • cotx=1t22t\cot x = \frac{1 - t^2}{2t}

2. Điều kiện xác định

Phương pháp đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2} có một số điều kiện xác định cần lưu ý:

  • x(2k+1)πx \ne (2k + 1)\pi với kZk \in \mathbb{Z} (để tanx2\tan\frac{x}{2} xác định)
  • cosx20x(2k+1)π\cos\frac{x}{2} \ne 0 \Leftrightarrow x \ne (2k + 1)\pi với kZk \in \mathbb{Z} (để tanx2\tan\frac{x}{2} xác định)
  • 1+t201 + t^2 \ne 0 (luôn đúng)
  • 1t20t±11 - t^2 \ne 0 \Leftrightarrow t \ne \pm 1 (khi sử dụng công thức cho tanx\tan x)
  • t0t \ne 0 (khi sử dụng công thức cho cotx\cot x)

Lưu ý: Cần kiểm tra lại các nghiệm x=(2k+1)πx = (2k + 1)\pi có phải là nghiệm của phương trình ban đầu hay không sau khi giải xong.

II. Các dạng phương trình thường gặp

1. Phương trình bậc nhất đối với sinx\sin xcosx\cos x: asinx+bcosx+c=0a\sin x + b\cos x + c = 0

Cách giải:

  1. Kiểm tra trường hợp cosx=0\cos x = 0. Tức là x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi, kZk \in \mathbb{Z}. Thay vào phương trình ban đầu để kiểm tra.
  2. Nếu cosx0\cos x \ne 0, đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}. Sử dụng các công thức lượng giác hóa để chuyển phương trình về phương trình đại số bậc hai theo tt: a2t1+t2+b1t21+t2+c=0a\frac{2t}{1 + t^2} + b\frac{1 - t^2}{1 + t^2} + c = 0 2at+b(1t2)+c(1+t2)=0 \Leftrightarrow 2at + b(1 - t^2) + c(1 + t^2) = 0 (cb)t2+2at+(b+c)=0\Leftrightarrow (c - b)t^2 + 2at + (b + c) = 0
  3. Giải phương trình bậc hai theo tt.
  4. Tìm xx từ t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}, suy ra x=2arctant+2kπx = 2\arctan t + 2k\pi với kZk \in \mathbb{Z}.
  5. Kiểm tra lại các nghiệm với điều kiện xác định và nghiệm ngoại lai (nếu có).

2. Phương trình đẳng cấp bậc hai đối với sinx\sin xcosx\cos x: asin2x+bsinxcosx+ccos2x=0a\sin^2 x + b\sin x\cos x + c\cos^2 x = 0

Cách giải:

  1. Kiểm tra trường hợp cosx=0\cos x = 0. Tức là x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi, kZk \in \mathbb{Z}. Thay vào phương trình ban đầu để kiểm tra.
  2. Nếu cosx0\cos x \ne 0, chia cả hai vế của phương trình cho cos2x\cos^2 x: atan2x+btanx+c=0a\tan^2 x + b\tan x + c = 0
  3. Đặt t=tanxt = \tan x, ta được phương trình bậc hai: at2+bt+c=0at^2 + bt + c = 0.
  4. Giải phương trình bậc hai theo tt.
  5. Tìm xx từ t=tanxt = \tan x, suy ra x=arctant+kπx = \arctan t + k\pi với kZk \in \mathbb{Z}.

Lưu ý: Phương pháp đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2} cũng có thể được sử dụng cho phương trình này, nhưng phương pháp chia cho cos2x\cos^2 x thường đơn giản hơn.

3. Phương trình có dạng R(sinx,cosx,tanx,cotx)=0R(\sin x, \cos x, \tan x, \cot x) = 0, trong đó RR là một biểu thức hữu tỉ.

Cách giải:

  1. Đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}.
  2. Sử dụng các công thức lượng giác hóa để biểu diễn sinx\sin x, cosx\cos x, tanx\tan xcotx\cot x theo tt.
  3. Thay các biểu thức này vào phương trình ban đầu.
  4. Giải phương trình đại số thu được theo tt.
  5. Tìm xx từ t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}, suy ra x=2arctant+2kπx = 2\arctan t + 2k\pi với kZk \in \mathbb{Z}.
  6. Kiểm tra lại các nghiệm với điều kiện xác định và nghiệm ngoại lai (nếu có).

III. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Giải phương trình sinx+cosx=1\sin x + \cos x = 1

  1. Kiểm tra trường hợp cosx=0\cos x = 0: Khi cosx=0\cos x = 0, ta có x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi. Thay vào phương trình, ta được sin(π2+kπ)=1\sin(\frac{\pi}{2} + k\pi) = 1.
    • Nếu k=2nk = 2n, sin(π2+2nπ)=1\sin(\frac{\pi}{2} + 2n\pi) = 1, phương trình đúng. Vậy x=π2+2nπx = \frac{\pi}{2} + 2n\pi là nghiệm.
    • Nếu k=2n+1k = 2n + 1, sin(π2+(2n+1)π)=1\sin(\frac{\pi}{2} + (2n + 1)\pi) = -1, phương trình sai.
  2. Đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}: Phương trình trở thành: 2t1+t2+1t21+t2=1\frac{2t}{1 + t^2} + \frac{1 - t^2}{1 + t^2} = 1 2t+1t2=1+t22t + 1 - t^2 = 1 + t^2 2t22t=02t^2 - 2t = 0 2t(t1)=02t(t - 1) = 0 t=0 hoặc t=1t = 0 \text{ hoặc } t = 1
  3. Giải phương trình theo tt:
    • t=0tanx2=0x2=kπx=2kπt = 0 \Rightarrow \tan\frac{x}{2} = 0 \Rightarrow \frac{x}{2} = k\pi \Rightarrow x = 2k\pi
    • t=1tanx2=1x2=π4+kπx=π2+2kπt = 1 \Rightarrow \tan\frac{x}{2} = 1 \Rightarrow \frac{x}{2} = \frac{\pi}{4} + k\pi \Rightarrow x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi
  4. Kết luận: Nghiệm của phương trình là x=2kπx = 2k\pix=π2+2kπx = \frac{\pi}{2} + 2k\pi, kZk \in \mathbb{Z}.

Ví dụ 2: Giải phương trình 2sin2x+sinxcosxcos2x=02\sin^2 x + \sin x\cos x - \cos^2 x = 0

  1. Kiểm tra trường hợp cosx=0\cos x = 0: Khi cosx=0\cos x = 0, ta có x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi. Thay vào phương trình, ta được 2sin2(π2+kπ)=02=02\sin^2(\frac{\pi}{2} + k\pi) = 0 \Leftrightarrow 2 = 0 (vô lý). Vậy cosx0\cos x \ne 0.
  2. Chia cả hai vế cho cos2x\cos^2 x: 2tan2x+tanx1=02\tan^2 x + \tan x - 1 = 0
  3. Đặt t=tanxt = \tan x: 2t2+t1=02t^2 + t - 1 = 0 t1=1 hoặc t2=12t_1 = -1 \text{ hoặc } t_2 = \frac{1}{2}
  4. Giải phương trình theo tt:
    • t=1tanx=1x=π4+kπt = -1 \Rightarrow \tan x = -1 \Rightarrow x = -\frac{\pi}{4} + k\pi
    • t=12tanx=12x=arctan12+kπt = \frac{1}{2} \Rightarrow \tan x = \frac{1}{2} \Rightarrow x = \arctan\frac{1}{2} + k\pi
  5. Kết luận: Nghiệm của phương trình là x=π4+kπx = -\frac{\pi}{4} + k\pix=arctan12+kπx = \arctan\frac{1}{2} + k\pi, kZk \in \mathbb{Z}.

Ví dụ 3: Giải phương trình 1sinx+1tanx=1\frac{1}{\sin x} + \frac{1}{\tan x} = 1

  1. Điều kiện xác định: sinx0\sin x \neq 0, tanx0\tan x \neq 0cosx0\cos x \neq 0, suy ra xkπ2x \neq k\frac{\pi}{2}, kZk \in \mathbb{Z}.
  2. Đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2}, ta có: sinx=2t1+t2\sin x = \frac{2t}{1+t^2}, tanx=2t1t2\tan x = \frac{2t}{1-t^2}
  3. Thay vào phương trình, ta có: 1+t22t+1t22t=1\frac{1+t^2}{2t} + \frac{1-t^2}{2t} = 1 1+t2+1t22t=1\frac{1+t^2+1-t^2}{2t} = 1 22t=1\frac{2}{2t} = 1 t=1t = 1
  4. Giải ra nghiệm t=1t = 1, suy ra tanx2=1\tan\frac{x}{2} = 1. Do đó, x2=π4+kπ\frac{x}{2} = \frac{\pi}{4} + k\pix=π2+2kπx = \frac{\pi}{2} + 2k\pi
  5. Kiểm tra điều kiện xkπ2x \neq k\frac{\pi}{2}: Với x=π2+2kπx = \frac{\pi}{2} + 2k\pi, không thỏa mãn xkπ2x \neq k\frac{\pi}{2}. Vậy phương trình vô nghiệm.

IV. Bài tập tự luyện

  1. sinxcosx=1\sin x - \cos x = 1
  2. 3sinx+4cosx=53\sin x + 4\cos x = 5
  3. sin2x+3sinxcosx+2cos2x=0\sin^2 x + 3\sin x\cos x + 2\cos^2 x = 0
  4. 2sin2x5sinxcosx+3cos2x=02\sin^2 x - 5\sin x\cos x + 3\cos^2 x = 0
  5. 2cosx+cotx=cscx2\cos x + \cot x = \csc x (với cscx=1sinx\csc x = \frac{1}{\sin x})
  6. 1sinx+1cosx=22\frac{1}{\sin x} + \frac{1}{\cos x} = 2\sqrt{2}

V. Kết luận

Phương pháp đặt t=tanx2t = \tan\frac{x}{2} là một công cụ mạnh mẽ để giải các phương trình lượng giác. Tuy nhiên, cần lưu ý các điều kiện xác định và kiểm tra lại nghiệm sau khi giải để tránh nghiệm ngoại lai. Chúc các bạn học tốt!

Cần thêm bí kíp?

Khám phá hàng trăm thủ thuật học tập hiệu quả khác.

Xem tất cả thủ thuật