Giáo án lớp 12 môn Toán - Chương VIII: Phương trình lượng giác không mẫu mực

CHƯƠNG VIII PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC KHÔNG MẪU MỰC Trường hợp 1: TỔNG HAI SỐ KHÔNG ÂM Áp dụng Nếu A 0 B 0 A B 0 ≥ ∧ ≥⎧⎨ + =⎩ thì A = B = 0 Bài 156 Giải phương trình: 2 24 cos x 3tg x 4 3 cos x 2 3tgx 4 0 (*)+ − + + = Ta có: ( ) ( )⇔ − + + ⎧ =⎪⎪⇔ ⎨⎪ = −⎪⎩ π⎧ = ± + π ∈⎪⎪⇔ ⎨⎪ = −⎪⎩ π⇔ = − + π ∈ 2 2 (*) 2 cos x 3 3tgx 1 0 3cos x 2 1tgx 3 x k2 , k 6 1tgx 3 x k2 , k 6 = Bài 157 Giải phương trình: ( )28cos4x.cos 2x 1 cos3x 1 0 *+ − + = Ta có: ( ) ( )⇔ + + + −* 4 cos 4x 1 cos 4x 1 1 cos 3x 0= ( ) ( ) ⇔ + + + − ⇔ + + − = ⎧ ⎧= − = −⎪ ⎪⇔ ⇔⎨ ⎨⎪ ⎪= = π ∈⎩ ⎩ 2 2 4 cos 4x 4 cos 4x 1 1 cos 3x 0 2 cos 4x 1 1 cos 3x 0 1 1cos 4x cos 4x 2 2 cos 3x 1 3x k2 , k = ⎧ = −⎪⎪⇔ ⎨ π⎪ = ∈⎪⎩ 1cos 4x 2 k2x , k (có 3 đầu ngọn cung) 3 ⎧ = −⎪⎪⇔ ⎨ π π⎪ = − π = π = + π ∈⎪⎩ π⇔ = ± + π ∈ 1cos 4x 2 2 2x +m2 hay x m2 hay x m2 , m 3 3 2x m2 , m 3 (ta nhận = ±k 1 và loại k = 0 ) Bài 158 Giải phương trình: ( ) ( )22 3 3sin 3xsin x cos3xsin x sin3x cos x sin xsin 3x *3sin4x+ + = 2 Ta có: 3 3cos3x.sin 3x sin 3x.cos x+( ) ( ) ( ) = − + − = − + = − = = 3 3 3 3 3 3 2 4 cos x 3cos x sin x 3sin x 4 sin x cos x 3cos x sin x 3sin x cos x 3sin x cos x cos x sin x 3 3sin 2x.cos 2x sin 4x 2 4 2 ( ) ( ) ⇔ + = ≠ ⎛ ⎞⇔ − − + =⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎛ ⎞⇔ − + − =⎜ ⎟⎝ ⎠ 2 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 1Vậy: * sin x sin 3x sin x sin 3x và sin 4x 0 4 1 1 1sin 3x sin x sin 3x sin 3x 0 và sin 4x 0 2 4 4 1 1sin 3x sin x sin 3x 1 sin 3x 0 và sin 4x 0 2 4 ≠ ≠ ⎛ ⎞⇔ − + =⎜ ⎟⎝ ⎠ ≠⎧⎪⎪⇔ =⎨⎪ = ∨ =⎪⎩ 2 2 2 2 1 1sin 3x sin x sin 6x 0 và sin 4x 0 2 16 sin 4x 0 1 sin 3x sin x 2 sin 3x 0 cos 3x 0 ≠ ≠⎧≠⎧ ⎪⎪ ⎪⇔ = ∨ =⎨ ⎨⎪ ⎪=⎩ = ±⎪⎩ sin 4x 0sin 4x 0 1sin 3x 0 sin x 2 sin x 0 (VN) sin 3x 1 ≠⎧⎪⎪⇔ =⎨⎪⎪ − =⎩ 3 sin 4x 0 1sin x 2 3sin x 4 sin x 1± ≠⎧⎪⇔ ⎨ =⎪⎩ ≠⎧⎪⇔ π π⎨ = + π ∨ + π ∈⎪⎩ π π⇔ = + π ∨ = + π ∈ sin 4x 0 1sin x 2 sin 4x 0 5x k2 k2 , k 6 6 5x k2 x k2 , k 6 6 Trường hợp 2 Phương pháp đối lập Nếu A M B A B ≤ ≤⎧⎨ =⎩ thì A B M= = Bài 159 Giải phương trình: − = +4 4sin x cos x sin x cos x (*) Ta có: (*) ⇔ − = +2 2sin x cos x sin x cos x ⇔ − = + ≤⎧⎪⇔ ⎨ = +⎪⎩ ≤⎧ ≤⎧⎪⇔ ⇔⎨ ⎨ = = ±− =⎪ ⎩⎩ ⇔ = − π⇔ = + π ∈ 2 2 cos 2x sin x cos x cos 2x 0 cos 2x 1 2 sin x cos x cos 2x 0 cos 2x 0 sin 2x 0 (cos 2x 1)sin 2x 2 sin 2x cos 2x 1 x k , k 2 Cách khác Ta có − ≤ ≤ ≤ +4 4 4x cos x sin x sin x sin x cos xsin Do đó =⎧⎪⇔ ⇔ =⎨ =⎪⎩ 4 cos x 0 (*) cos x 0 sin x sin x π= + π ∈ x k , k 2 ⇔ Bài 160: Giải phương trình: ( ) 2cos2x cos4x 6 2sin 3x (*)− = + Ta có: (*) 2 24 sin 3x.sin x 6 2sin 3x⇔ = + • Do: và 2sin 3x 1≤ 2sin x 1≤ nên 2 24 sin 3x sin x 4≤ • Do nên 6 2≥ −sin 3x 1 sin3x 4+ ≥ Vậy 2 24 sin 3x sin x 4 6 2sin 3x≤ ≤ + Dấu = của phương trình (*) đúng khi và chỉ khi ⎧ = ⎧⎪ == ⇔⎨ ⎨ = −⎩⎪ = −⎩ 2 2 2 sin 3x 1 sin x 1sin x 1 sin 3x 1sin 3x 1 π⎧ = ± + π ∈ π⎪⇔ ⇔ = +⎨⎪ = −⎩ π ∈ x k2 , k x k2 , k2 2sin 3x 1 Bài 161 Giải phương trình: 3 3cos x sin x 2cos2x (*) sin x cos x − =+ Điều kiện: si n x 0 cosx 0≥ ∧ ≥ Ta có: (*) ( ) ( ) ( ) ( )2 2cos x sin x 1 sin x cos x 2 cos x sin x sin x cos x⇔ − + = − + ( ) ( ) − =⎡⎢⇔ + = + +⎢⎣ cos x sin x 0 (1) 1 sin x cos x 2 cos x sin x sin x cos x (2) Ta có: (1) π⇔ = ⇔ = + π ∈ tgx 1 x k , k 4 Xét (2) Ta có: khi si thì n x 0≥ ≥ ≥ 2sin x sin x sin x Tương tự ≥ ≥ 2cos x cos x cos x Vậy si và nx cosx 1+ ≥ sin x cos x 1+ ≥ Suy ra vế phải của (2) thì 2≥ Mà vế trái của (2): 1 31 sin 2x 2 2 + ≤ Do đó (2) vô nghiệm Vậy: (*) π⇔ = + π ∈ x k , k 4 Bài 162: Giải phương trình: 3 cos x cos x 1 2(*)− − + = Ta có: (*) 3 cos x 2 cos x 1⇔ − = + + ( ) 3 cos x 5 cos x 4 cos x 1 2 cos x 1 4 cos x 1 ⇔ − = + + + ⇔ − + = + Ta có: ( )2 cosx 1 0 x− + ≤ ∀ mà 4 cos x 1 0 x+ ≥ ∀ Do đó dấu = của (*) xảy ra cosx 1⇔ = − ⇔ = π + π ∈ x k2 , k Bài 163: Giải phương trình: ( )2 2cos3x 2 cos 3x 2 1 sin 2x (*)+ − = + Do bất đẳng thức Bunhiacốpski: 2 2 2 2AX BY A B . X Y+ ≤ + + nên: ( )2 2 21cos3x 1 2 cos 3x 2. cos 3x 2 cos 3x 2+ − ≤ + − = Dấu = xảy ra 2cos3x 2 cos 3x⇔ = − 2 2 cos3x 0 cos 3x 2 cos 3x cos3x 0 cos3x 1 cos3x 1 ≥⎧⇔ ⎨ = −⎩ ≥⎧⇔ ⇔⎨ = ±⎩ = Mặt khác: ( )22 1 sin 2x 2+ ≥ dấu = xảy ra sin2x 0⇔ = Vậy: ( )2 2cos3x 2 cos 3x 2 2 1 sin 2x+ − ≤ ≤ + dấu = của (*) chỉ xảy ra khi: = ∧ = =⎧⎪⇔ ⎨ π= ∈⎪⎩ ⇔ = π ∈ cos 3x 1 sin 2x 0 cos 3x 1 kx , k ( có 4 đầu ngọn cun 2 x 2m ,m g ) Bài 164: Giải phương trình: 2 2 5tg x cotg x 2sin x (*) 4 π⎛ ⎞+ = +⎜ ⎟⎝ ⎠ Điều kiện: sin2x 0≠ • Do bất đẳng thức Cauchy: 2 2tg x cotg x 2+ ≥ dấu = xảy ra khi tgx cotgx= • Mặt khác: sin x 1 4 π⎛ ⎞+ ≤⎜ ⎟⎝ ⎠ nên 52sin x 2 4 π⎛ ⎞+ ≤⎜ ⎟⎝ ⎠ dấu = xảy ra khi sin x 1 4 π⎛ ⎞+ =⎜ ⎟⎝ ⎠ Do đó: 2 2 5tg x cotg x 2 2sin x 4 π⎛ ⎞+ ≥ ≥ +⎜ ⎟⎝ ⎠ Dấu = của (*) xảy ra tgx cotgx sin x 1 4 =⎧⎪⇔ π⎨ ⎛ ⎞+ =⎜ ⎟⎪ ⎝ ⎠⎩ ⎧ =⎪⇔ ⎨ π= + π ∈⎪⎩ π⇔ = + π ∈ 2tg x 1 x k2 , k 4 x k2 , k 4 Trường hợp 3: Áp dụng: Nếu A M và B M A Mthì A B M N B N ≤ ≤⎧ ⎧⎨ ⎨+ = + =⎩ ⎩ = =⎧+ = ⇔ ⎨ =⎩ sin u 1 sin u sin v 2 sin v 1 =⎧− = ⇔ ⎨ = −⎩ sin u 1 sin u sin v 2 sin v 1 = −⎧+ = − ⇔ ⎨ = −⎩ sin u 1 sin u sin v 2 sin v 1 Tương tự cho các trường hợp sau ± = ± ± = ±sin u cos v 2 ; cos u cos v 2 Bài 165: Giải phương trình: ( )3xcos2x cos 2 0 * 4 + − = Ta có: ( ) 3x* cos2x cos 4 ⇔ + 2= 3xDo cos2x 1 và cos 1 4 ≤ ≤ nên dấu = của (*) chỉ xảy ra ( ) = π ∈= ⎧⎧⎪ ⎪⇔ ⇔ ⇔ = ππ⎨ ⎨ = ∈=⎪ ⎪⎩ ⎩ ππ = ⇔ = = ∈ Ζ = ∈ x k , kcos 2x 1 x 8m , m8h3x x , hcos 1 34 8h 8hDo : k k 3 3 để k nguyên ta chọn h 3m m ( thì k 8m ) Cách khác = = π ∈⎧ ⎧⎪ ⎪⇔ ⇔ = π ∈⎨ ⎨ π= =⎪ ⎪⎩ ⎩ cos 2x 1 x k , k x 8m ,m3x 3kcos 1 cos 1 4 4 Bài 166: Giải phương trình: ( )cos2x cos4x cos6x cos x.cos2x.cos3x 2 *+ + = + ( ) 2cos2x cos4x cos6x 2cos3x cos x 2cos 3x 1 2cos3x cos x cos3x 1 4cos3x.cos2x.cos x 1 + + = + − = + − = − Vậy: ( )1cos3x.cos2x.cos x cos2x 6cos4x cos6x 1 4 = + + + Do đó: ( ) ( ) ( ) ⇔ + + = + + ⇔ + + = 1 9* cos 2x cos 4x cos 6x cos2x cos 4x cos6x 4 4 3 9cos 2x cos 4x cos 6x 4 4 + ⇔ + + = = = π ∈⎧ ⎧⎪ ⎪⇔ = ⇔ =⎨ ⎨⎪ ⎪= =⎩ ⎩ cos 2x cos 4x cos 6x 3 cos 2x 1 2x k2 , k (1) cos 4x 1 cos 4x 1 (2) cos 6x 1 cos 6x 1 (3) ⇔ = π ∈ ⇔ = π ∈ 2x k2 , k x k , k ( Thế (1) vào (2) và (3) ta thấy hiển nhiên thỏa) Bài 167: Giải phương trình: ( )cos2x 3 sin2x 3 sin x cos x 4 0 *− − − + = Ta có: ( ) ⎛ ⎞ ⎛⇔ = − + + +⎜ ⎟ ⎜⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝ 1 3 3 1* 2 cos2x sin2x sin x cos x 2 2 2 2 ⎞⎟⎟⎠ π π⎛ ⎞ ⎛⇔ = − + +⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝2 sin 2x sin x6 6 ⎞⎟⎠ ⎧ π⎛ ⎞ π π⎧− = − = + π ∈⎜ ⎟⎪ ⎪⎪ ⎝ ⎠ ⎪⇔ ⇔⎨ ⎨ π ππ⎛ ⎞⎪ ⎪ + = + π ∈+ =⎜ ⎟ ⎪⎪ ⎩⎝ ⎠⎩ π⎧ = + π ∈⎪ π⎪⇔ ⇔ = + π⎨ π⎪ = + π ∈⎪⎩ ∈ sin 2x 1 2x k2 , k6 6 2 x h2 , hsin x 1 6 26 x k , k 3 x h , h 3x h2 , h 3 Cách khác ⎧ π⎛ ⎞ ⎧ π⎛ ⎞− = − =⎜ ⎟⎪ ⎜ ⎟⎪⎪ ⎝ ⎠ ⎪ ⎝ ⎠⇔ ⇔⎨ ⎨π π π⎛ ⎞⎪ ⎪+ = + = + π ∈⎜ ⎟⎪ ⎪⎩⎝ ⎠⎩ sin 2x 1 sin 2x 16 6(*) sin x 1 x h2 , h 6 6 2 ⎧ π⎛ ⎞− =⎜ ⎟⎪ π⎪ ⎝ ⎠⇔ ⇔ = +⎨ π⎪ = + π ∈⎪⎩ π ∈ sin 2x 1 6 x h , h 3 x h2 , h 3 Bài 168: Giải phương trình: ( )4cos x 2cos2x cos4x 1 *− − = Ta có: ( ) ( ) ( )⇔ − − − −2 2* 4 cos x 2 2cos x 1 1 2sin 2x 1= ⇔ − + = ⇔ = − + = 2 2 2 2 4cosx 4 cos x 8sin x cos x 0 cos x 0 hay 1 cos x 2sin x cos x 0 ( )⇔ = + − = ⇔ = − = 2cos x 0 hay 1 cos x 2sin x 1 0 cos x 0 hay 1 cos x cos 2x 0 ( * *) ( )⇔ = − + = ⇔ = ∨ + = 1cos x 0 hay 1 cos 3x cos x 0 2 cos x 0 cos 3x cos x 2 =⎧⇔ = ∨ ⎨ =⎩ cos 3x 1 cos x 0 cos x 1 =⎧⇔ = ⇔ ⎨ − =⎩ ⇔ = ∨ = π⇔ = + π ∨ = π ∈ 3 cos x 1 cos x 0 4 cos x 3cos x 1 cos x 0 cos x 1 x k x k2 , k 2 Cách khác ⇔ = =( * *) cos x 0 hay cos x cos 2x 1 − = =⎧ ⎧⇔ = ∨ ∨⎨ ⎨= = −⎩ ⎩ cos x 1 cos x 1 cos x 0 cos 2x 1 cos 2x 1 = π ∈ = π + π ∈⎧ ⎧π⇔ = + π ∈ ∨ ∨⎨ ⎨= = −⎩ ⎩ x k2 , k x k2 , k ( loạix k , k cos 2x 1 cos 2x 12 ) π⇔ = + π ∨ = π ∈ x k x k2 , k 2 Bài 169: Giải phương trình: ( )1tg2x tg3x 0 * sin x cos2x cos3x + + = Điều kiện: sin2xcos2xcos3x 0≠ Lúc đó: ( ) ⇔ + +sin 2x sin 3x 1* 0 cos2x cos3x sin x.cos2x.cos3x = + = = ( ) ⇔ + ⇔ + + sin2xsin x cos3x sin3xsin x.cos2x 1 0 sin x sin2x cos3x sin3x cos2x 1 0 ( ) ⇔ = − ⇔ − − = − ⇔ − = = =⎧ ⎧=⎧ ⎪ ⎪⇔ ⇔ − = ⇔ −⎨ ⎨ ⎨= −⎩ ⎪ ⎪ =− = −⎩ ⎩ 3 3 2 sin x.sin5x 1 1 cos6x cos4x 1 2 cos6x cos4x 2 t cos2x t cos2x cos6x 1 4t 3t 1 4t 3t 1 cos4x 1 t 02t 1 1 = Do đó: (*) vô nghiệm. Cách khác = = −⎧ ⎧⇔ = − ⇔ ⎨ ⎨= − =⎩ ⎩ sin x 1 sin x 1 sin x.sin 5x 1 hay sin 5x 1 sin 5x 1 π π⎧ ⎧= + π ∈ = − + π ∈⎪ ⎪⇔ ⎨ ⎨⎪ ⎪= − =⎩ ⎩ x k2 , k x k2 , k hay2 2 sin 5x 1 sin 5x 1 x⇔ ∈∅ Bài 170: Giải phương trình: ( )2 2cos 3x.cos2x cos x 0 *− = Ta có: ( ) ( ) ( )⇔ + − +1 1* 1 cos6x cos2x 1 cos2x 0 2 2 = ( ) ⇔ = ⇔ + = ⇔ + = =⎧⇔ ⎨ =⎩ ⎧ − =⇔ ⎨ =⎩ ⎧ =⇔ ⎨ =⎩ ⇔ = ⇔ = π ∈ π⇔ = ∈ 2 2 cos 6x cos 2x 1 1 cos 8x cos 4x 1 2 cos 8x cos 4x 2 cos 8x 1 cos 4x 1 2cos 4x 1 1 cos 4x 1 cos 4x 1 cos 4x 1 cos 4x 1 4x k2 , k kx , k 2 Cách khác ⇔ =cos6x cos2x 1 = = −⎧ ⎧⇔ ⎨ ⎨= = −⎩ ⎩ cos 2x 1 cos 2x 1 hay cos 6x 1 cos 6x 1 = π ∈ = π + π ∈⎧ ⎧⇔ ⎨ ⎨= = −⎩ ⎩ 2x k2 , k 2x k2 , k hay cos6x 1 cos 6x 1 π= ∈ kx , k 2 Cách khác = =⎧ ⎧⇔⎨ ⎨= = π ∈⎩ ⎩ cos 8x 1 cos 8x 1 cos 4x 1 4x k2 , k π⇔ = ∈ kx , k 2 Trường hợp 4: DÙNG KHẢO SÁT HÀM SỐ y = ax là hàm giảm khi 0< a <1. Do đó ta có sin sin , , cos s , , m n m n x x n m x k k x co x n m x k k π π π π ∀ ≠ + ∈ ∀ ≠ + 2 2 ∈ sin sin , cos s , m n m n x x n m x x co x n m x ≤ ⇔ ≥ ≤ ⇔ ≥ ∀ ∀ Bài 171: Giải phương trình: ( )2x1 cos x 2 − = * Ta có: ( ) 2x* 1 cos 2 ⇔ = + x Xét 2xy cos x trên 2 = + R Ta có: y ' x sin x= − và y '' 1 cos x 0 x R= − ≥ ∀ ∈ Do đó y’(x) là hàm đồng biến trên R Vậy ( ) ( ) ( )x 0, : x 0 nên y ' x y ' 0∀ ∈ ∞ > > = 0 ( ) ( ) ( )x ,0 : x 0 nên y ' x y ' 0∀ ∈ −∞ < < = 0 Do đó: Vậy : 2xy cos x 1 x 2 = + ≥ ∀ ∈ R Dấu = của (*) chỉ xảy ra tại x = 0 Do đó ( )* x 0⇔ = • Bài 172: Giải phương trình sin sin sin sinx x x+ = +4 6 8 10 x (*) Ta có sin sin sin sin 2 2 và dấu =xảy ra khi và chỉ khi sin x = 1hay sinx = 0 và dấu =xảy ra khi và chỉ khi sin x = 1 hay sinx = 0 x x x x ⎧ ≥⎪⎨ ≥⎪⎩ 4 8 6 10 ⇔ sin2x = 1 sinx = 0 ∨ ⇔ x = ± ,k x k kπ π π+ ∨ = ∈2 2 2 Cách khác (*) sin sin sin sinx hay x x x⇔ = + = +4 2 4 60 1 sin sinx hay x⇔ = 20 1= BÀI TẬP Giải các phương trình sau ( ) − + = π⎛ ⎞− = + −⎜ ⎟⎝ ⎠ + = 2 3 2 2 2 1. lg sin x 1 sin x 0 2. sin 4x cos 4x 1 4 2 sin x 4 13. sin x sin 3x sin x.sin 3x 4 ( ) π = + = + − = + sin x 2 4. cos x 5. 2 cos x 2 sin10x 3 2 2cos 28x.sin x 6. cos 4x cos 2x 5 sin 3x ( ) ( ) ( ( ) ( ) + = − − + + − + = − =a 2 7. sin x cos x 2 2 sin 3x 8. sin 3x cos 2x 2sin 3x cos 3x 1 sin 2x 2cos 3x 0 9. tgx tg2x sin 3x cos 2x 10. 2 log cot gx log cos x ) = ( ) π⎡ ⎤= ∈ ⎢ ⎥⎣ ⎦ + = − + + sin x 13 14 11. 2 cos x với x 0, 2 12. cos x sin x 1 13. cos 2x cos 6x 4 sin 2x 1 0= ( )+ = − + = − − − + + 3 3 4 2 2 14. sin x cos x 2 2 cos 3x 15. sin x cos x 2 sin x 16. cos x 4 cos x 2x sin x x 3 0= + = + + − − + sin x 2 2 2 17. 2 sin x sin x cos x 18. 3cot g x 4 cos x 2 3 cot gx 4 cos x 2 0= Th.S Phạm Hồng Danh (TT luyện thi Vĩnh Viễn)