Tài liệu học tập: Ứng dụng phương pháp đặt t=tan2x giải phương trình lượng giác
I. Cơ sở lý thuyết
1. Công thức lượng giác hóa
Đặt t=tan2x, ta có các công thức lượng giác hóa sau:
sinx=1+t22t
cosx=1+t21−t2
tanx=1−t22t
cotx=2t1−t2
2. Điều kiện xác định
Phương pháp đặt t=tan2x có một số điều kiện xác định cần lưu ý:
x=(2k+1)π với k∈Z (để tan2x xác định)
cos2x=0⇔x=(2k+1)π với k∈Z (để tan2x xác định)
1+t2=0 (luôn đúng)
1−t2=0⇔t=±1 (khi sử dụng công thức cho tanx)
t=0 (khi sử dụng công thức cho cotx)
Lưu ý: Cần kiểm tra lại các nghiệm x=(2k+1)π 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 và cosx: asinx+bcosx+c=0
Cách giải:
Kiểm tra trường hợp cosx=0. Tức là x=2π+kπ, k∈Z. Thay vào phương trình ban đầu để kiểm tra.
Nếu cosx=0, đặt t=tan2x. Sử dụng các công thức lượng giác hóa để chuyển phương trình về phương trình đại số bậc hai theo t:
a1+t22t+b1+t21−t2+c=0⇔2at+b(1−t2)+c(1+t2)=0⇔(c−b)t2+2at+(b+c)=0
Giải phương trình bậc hai theo t.
Tìm x từ t=tan2x, suy ra x=2arctant+2kπ với k∈Z.
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 và cosx: asin2x+bsinxcosx+ccos2x=0
Cách giải:
Kiểm tra trường hợp cosx=0. Tức là x=2π+kπ, k∈Z. Thay vào phương trình ban đầu để kiểm tra.
Nếu cosx=0, chia cả hai vế của phương trình cho cos2x:
atan2x+btanx+c=0
Đặt t=tanx, ta được phương trình bậc hai: at2+bt+c=0.
Giải phương trình bậc hai theo t.
Tìm x từ t=tanx, suy ra x=arctant+kπ với k∈Z.
Lưu ý: Phương pháp đặt t=tan2x cũng có thể được sử dụng cho phương trình này, nhưng phương pháp chia cho cos2x thường đơn giản hơn.
3. Phương trình có dạng R(sinx,cosx,tanx,cotx)=0, trong đó R là một biểu thức hữu tỉ.
Cách giải:
Đặt t=tan2x.
Sử dụng các công thức lượng giác hóa để biểu diễn sinx, cosx, tanx và cotx theo t.
Thay các biểu thức này vào phương trình ban đầu.
Giải phương trình đại số thu được theo t.
Tìm x từ t=tan2x, suy ra x=2arctant+2kπ với k∈Z.
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
Kiểm tra trường hợp cosx=0: Khi cosx=0, ta có x=2π+kπ. Thay vào phương trình, ta được sin(2π+kπ)=1.
Nếu k=2n, sin(2π+2nπ)=1, phương trình đúng. Vậy x=2π+2nπ là nghiệm.
Nếu k=2n+1, sin(2π+(2n+1)π)=−1, phương trình sai.
Đặt t=tan2x:
Phương trình trở thành:
1+t22t+1+t21−t2=12t+1−t2=1+t22t2−2t=02t(t−1)=0t=0 hoặc t=1
Giải phương trình theo t:
t=0⇒tan2x=0⇒2x=kπ⇒x=2kπ
t=1⇒tan2x=1⇒2x=4π+kπ⇒x=2π+2kπ
Kết luận: Nghiệm của phương trình là x=2kπ và x=2π+2kπ, k∈Z.
Ví dụ 2: Giải phương trình 2sin2x+sinxcosx−cos2x=0
Kiểm tra trường hợp cosx=0: Khi cosx=0, ta có x=2π+kπ. Thay vào phương trình, ta được 2sin2(2π+kπ)=0⇔2=0 (vô lý). Vậy cosx=0.
Chia cả hai vế cho cos2x:
2tan2x+tanx−1=0
Đặt t=tanx:
2t2+t−1=0t1=−1 hoặc t2=21
Giải phương trình theo t:
t=−1⇒tanx=−1⇒x=−4π+kπ
t=21⇒tanx=21⇒x=arctan21+kπ
Kết luận: Nghiệm của phương trình là x=−4π+kπ và x=arctan21+kπ, k∈Z.
Ví dụ 3: Giải phương trình sinx1+tanx1=1
Điều kiện xác định: sinx=0, tanx=0 và cosx=0, suy ra x=k2π, k∈Z.
Đặt t=tan2x, ta có:
sinx=1+t22t, tanx=1−t22t
Thay vào phương trình, ta có:
2t1+t2+2t1−t2=12t1+t2+1−t2=12t2=1t=1
Giải ra nghiệm t=1, suy ra tan2x=1. Do đó, 2x=4π+kπ và x=2π+2kπ
Kiểm tra điều kiện x=k2π: Với x=2π+2kπ, không thỏa mãn x=k2π. Vậy phương trình vô nghiệm.
IV. Bài tập tự luyện
sinx−cosx=1
3sinx+4cosx=5
sin2x+3sinxcosx+2cos2x=0
2sin2x−5sinxcosx+3cos2x=0
2cosx+cotx=cscx (với cscx=sinx1)
sinx1+cosx1=22
V. Kết luận
Phương pháp đặt t=tan2x 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.