Giáo án môn Toán khối 11 - Phương trình lượng giác có cách giải không mẫu mực

Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 1 PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC CÓ CÁCH GIẢI KHÔNG MẪU MỰC A.PHƯƠNG PHÁP GIẢI Một số bài toán về phương trình lượng giác mà cách giải tuỳ theo đặc thù của phương trình, chứ không nằm ở trong phương pháp đã nêu ở hầu hết các sách giáo khoa. Một số phương trình lượng giác thể hiện tính không mẫu mực ở ngay dạng của chúng, nhưng cũng có những phương trình ta thấy dạng rất bình thường nhưng cách giải lại không mẫu mực. Sau đây là những phương trình lượng giác có cách giải không mẫu mực thường gặp. I.PHƯƠNG PHÁP TỔNG BÌNH PHƯƠNG Phương pháp này nhằm biến đổi phương trình lượng giác về dạng một vế là tổng bình phương các số hạng (hay tổng các số hạng không âm) và vế còn lại bằng không và áp dụng tính chất:    = = ⇔=+ 0 0 022 B A BA Bài 1. Giải phương trình: 02sin4tan32sin4tan3 22 =+−−+ xxxx GIẢI Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 2 ( )Znm nx mx x x x x xx xxxx xxxx ∈       += += ⇔       = = ⇔    =− =− ⇔ =−+−⇔ =+−++−⇔ =+−−+ , 2 6 6 2 1 sin 3 3 tan 01sin2 01tan3 0)1sin2()1tan3( 01sin4sin41tan32tan3 02sin4tan32sin4tan3 22 22 22 pi pi pi pi ĐS pipi kx 2 6 += )( Zk ∈ II.PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LẬP Phương pháp này được xây dựng trên tính chất: Để giải phương trình )()( xgxf = , ta có thể nghĩ đến việc chứng minh tồn tại A → R: ),(,)( baxAxf ∈∀≥ và ),(,)( baxAxg ∈∀≤ thì khi đó:    = = ⇔= Axg Axf xgxf )( )()()( Nếu ta chỉ có Axf >)( và Axg <)( , ),( bax ∈∀ thì kết luận phương trình vô ngiệm. Bài 2. Giải phương trình: 0cos 25 =+ xx GIẢI xxxx 5225 cos0cos −=⇔=+ Vì 1cos1 ≤≤− x nên 1110 2 ≤≤−⇔≤≤ xx mà [ ] [ ] [ ]1,1,0cos1,1,0cos 2 , 2 1,1 5 −∈∀⇒      − ⊂− xxxx pipi Do 02 >x và 0cos5 <− x nên phương trình vô nghiệm. Vậy phương trình đã cho vô nghiệm. Bài 3. Giải phương trình: 1cossin 19961996 =+ xx (1) Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 3 GIẢI (1) xxxx 2219961996 cossincossin +=+⇔ )cos1(cos)1(sinsin 1994219942 xxxx −=−⇔ (2) Ta thấy xxx x x ∀≤−⇒     ≤ ≥ ,0)1(sinsin 1sin 0sin 19942 1994 2 Mà xxx x x ∀≥−⇒     ≥− ≥ ,0)cos1(cos 0cos1 0cos 19942 1994 2 Do đó (2) ),( 2 2 1cos 0cos 1sin 0sin 0)cos1(cos 0)1(sinsin 19942 19942 Znm nx nx mx mx x x x x xx xx ∈              = +=     += = ⇔           ±= =    ±= = ⇔     =− =− ⇔ pi pi pi pi pi pi Vậy nghiệm của phương trình là: )( 2 Zkkx ∈= pi ĐS )( 2 Zkkx ∈= pi Áp dụng phương pháp đối lập, ta có thể suy ra cách giải nhanh chóng những phương trình lượng giác ở các dạng đặc biệt dưới đây: •           −= −=    = = ⇔= 1sin 1sin 1sin 1sin 1sin.sin bx ax bx ax bxax •           = −=    −= = ⇔−= 1sin 1sin 1sin 1sin 1sin.sin bx ax bx ax bxax Cách giải tương tự cho các phương trình thuộc dạng: 1cos.sin 1cos.sin 1cos.cos 1cos.cos −= = −= = bxax bxax bxax bxax Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 4 III. PHƯƠNG PHÁP ĐOÁN NHẬN NGHIỆM VÀ CHỨNG MINH TÍNH DUY NHẤT CỦA NGHIỆM Tuỳ theo dạng và điều kiện của phương trình, ta tính nhẩm một nghiệm của phương trình, sau đó chứng tỏ nghiệm này là duy nhất bằng một trong những cách thông sụng sau: • Dùng tính chất đại số • Áp dụng tính đơn điệu của hàm số Phương trình 0)( =xf có 1 nghiệm ),( bax ∈= α và hàm f đơn điệu trong ),( ba thì 0)( =xf có nghiệm duy nhất là α=x . Phương trình )()( xgxf = có 1 nghiệm ),( bax ∈= α , )(xf tăng (giảm) trong ),( ba , )(xg giảm (tăng) trong ),( ba thì phương trình )()( xgxf = có nghiệm α=x là duy nhất. Bài 4. Giải phương trình: 2 1cos 2x x −= với 0>x GIẢI Ta thấy ngay phương trình có 1 nghiệm 0=x . Đặt 1 2 cos)( 2 −+= x xxf là biểu thức của hàm số có đạo hàm 0,0sin)(' >∀>+−= xxxxf (vì xxx ∀> ,sin ) ⇒ Hàm f luôn đơn điệu tăng trong ( )+∞,0 ⇒ 0)( =xf có 1 nghiệm duy nhất trong ( )+∞,0 Vậy phương trình đã cho có 1 nghiệm duy nhất 0=x . B.CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN Bài 1: Giải phương trình: 02sin2cos22 =+−− xxxx (1) GIẢI Ta có (1) 01sin2sincoscos2 222 =+−++−⇔ xxxxxx Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 5    = = ⇔    =− =− ⇔ =−+−⇔ 1sin cos 01sin 0cos 0)1(sin)cos( 22 x xx x xx xxx Phương trình vô nghiệm. Bài 2: Giải phương trình: 1cossin 154 =+ xx GIẢI Ta có: 1cossin 154 =+ xx xxxx 22154 cossincossin +=+⇔ )cos1(cos)1(sinsin 13222 xxxx −=−⇔ (1) Vì xxx ∀≤− ,0)1(sinsin 22 Và xxx ∀≥− ,0)cos1(cos 132 Do đó (1)     =− =− ⇔ 0)cos1(cos 0)1(sinsin 132 22 xx xx           = =    ±= = ⇔ 1cos 0cos 1sin 0sin x x x x ),( 2 2 2 Znm nx nx mx mx ∈              = +=     += = ⇔ pi pi pi pi pi pi ĐS pipi kx += 2 hay pikx 2= , )( Zk ∈ C.CÁC BÀI TOÁN NÂNG CAO VÀ ĐỀ THI Bài 3: Giải các phương trình: Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 6 1. 4 1) 4 (cossin 44 =++ pixx (1) 2. ,...)4,3,2(sincos)cot 4 1(tan =+=+ nxxxx nnn GIẢI 1. Ta có: (1) 4 1 4 ) 2 2cos(1 4 )2cos1( 2 2 =     ++ + − ⇔ pi x x 1)2sin1()2cos1( 22 =−+−⇔ xx 2 2) 4 2cos( 12sin2cos =−⇔ =+⇔ pi x xx )( 4 Zk kx kx ∈     += = ⇔ pi pi pi 2.Với điều kiện 2 pikx ≠ ta có xtan và xcot luôn cùng dấu nên: 1cot 4 1 tan1cot 4 1 tan2cot 4 1 tancot 4 1 tan ≥+⇒=⋅≥+=+ n xxxxxxxx Dấu "=" xảy ra 2 1 tan 4 1 tancot 4 1 tan 2 ±=⇔=⇔=⇔ xxxx • Với 2=n : phương trình 1cot 4 1 tan 2 =      + xx có nghiệm cho bởi: )( 2 1 arctan 2 1 tan Zkkxx ∈+±=⇔±= pi • Với 2, >∈ nZn thì: 1sincossincos 22 =+≤+ xxxx nn Dấu bằng xảy ra ),( 122 2 2 2 2 Zmk mnkhikxhaykx mnkhikx ∈       +=+== == ⇔ pi pi pi pi (đều không thoả mãn điều kiện 2 pikx ≠ của phương trình) Vậy với Znn ∈> ,2 thì phương trình vô nghiệm. ĐS )( 2 1 arctan Zkkx ∈+±= pi Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 7 Bài 4: Giải phương trình: 11 3cos 13cos1 cos 1 cos =−+− x x x x (1) GIẢI Điều kiện:    > > 03cos 0cos x x Khi đó (1) 13cos3coscoscos 22 =−+−⇔ xxxx Vì 4 10) 2 1( 4 1 222 ≤−⇒≥−=+− aaaaa Do đó 4 1 coscos 2 ≤− xx và 4 13cos3cos 2 ≤− xx 2 13cos3cos 2 1 coscos 22 ≤−≤−⇒ xxvàxx Dấu bằng xảy ra ∅∈⇔       = = ⇔       =− =− ⇔ x x x xx xx 2 13cos 2 1 cos 4 13cos3cos 4 1 coscos 2 2 Vậy phương trình (1) vô nghiệm. D.CÁC BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ Bài 1: Giải phương trình: xxx 433 sin2cossin −=+ HƯỚNG DẪN xx xxx xxx xxx ∀≥− ∀≤+⇒ ∀≤ ∀≤ ,1sin2 ,1cossin ,coscos ,sinsin 4 33 23 23 Vậy phương trình tương đương:     =− =+ 1sin2 1cossin 4 33 x xx ĐS )(2 2 Zkkx ∈+= pipi Bài 2: Giải phương trình: Hoangtrongnam2010@gmail.com Trường THPT Cò Nòi – Mai Sơn – Sơn La Math 08-2012 Hoàng Trọng Nam – THPT Cò Nòi 8 02tansin =−+ xxx với 2 0 pi≤≤ x HƯỚNG DẪN Dễ thấy phương trình có 1 nghiệm 0=x Đặt xxxxf 2tansin)( −+= liên tục trên      2 ;0 pi Có đạo hàm:      ∈∀≥−−−= 2 ;0,0 cos )1cos)(cos1(cos)(' 2 2 pi x x xxx xf do 01coscos 2 511cos0 2 51 2 <−−⇒+<≤≤<− xxx f⇒ đơn điệu tăng trên      2 ;0 pi Bài 3: Giải phương trình: ( ) xxx 3sin52cos4cos 2 +=− ĐS )(2 2 Zkkx ∈+= pipi Bài 4: Giải phương trình: xxxx sincossincos 44 +=− ĐS )( Zkkx ∈= pi Bài 5: Giải phương trình: 01sin22 =+− xyx ĐS     += = pi pi ky x 2 2 1 hay     += −= pi pi ky x 2 2 1 )( Zk ∈