Простейшие тригонометрические уравнения. Урок алгебры в 10-м классе
Презентация к уроку
Загрузить презентацию (608 кБ)
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Форма урока: урок с применением информационно-коммуникационных технологий (работа с интерактивной доской).
— сформировать знания по новой теме в соответствии с программными требованиями;
— научить применять на практике основные формулы решения тригонометрических уравнений (общие и частные);
— научить применять основные методы решения простейших тригонометрических уравнений: введения новой переменной, разложение на множители при решении задач.
— развивать навыки работы с ИК-ресурсами;
— развивать навыки самоконтроля, математическую речь.
— формировать коммуникативную, информационную компетентности, компетентность по решению проблем.
Оборудование:
I. Организационный момент.
Цель: активизация внимания и мотивации учащихся к работе на уроке:
— настрой учащихся на работу, организация внимания;
— сообщение темы и цели урока;
— проверка домашнего задания.
Проверка домашнего задания проводится выборочно. На экран демонстрируется файл учащегося, который осуществляет голосовую защиту своего решения домашнего индивидуального задания (задания повышенной сложности).
II. Актуализация знаний учащихся. Фронтальный опрос.
Цель: установить уровень знаний и осознанность их применения в рамках изученного теоретического материала, повторение пройденного материала.
Для учащихся на интерактивной доске демонстрируются задания.
1. Вычисли устно:
2. Найди ошибку при решении неравенства:
3. Какой рисунок соответствует решению соответствующего уравнения?
III. Объяснение нового материала.
Цель: формировать знания по новой теме в соответствии с программными требованиями и первичные навыки решения простейших тригонометрических уравнений; развивать математическую речь.
В ходе беседы учитель дает определение: тригонометрического уравнения, дает понятие простейшего уравнения. Проводит параллель между решением простейшего уравнения с использованием тригонометрического круга и нахождением корней тригонометрического уравнения с использованием общих формул. Затем учитель вместе с учащимися рассматривает частные случаи для решения тригонометрических уравнений (а=1, а=1, а=0). Все решения заносятся в таблицу. Объяснение нового материала сопровождается презентацией Microsoft Office Power Point. Данные таблицы представлены так же на интерактивной доске.
a=1 | a=0 | a= -1 | , | |
Учитель делает акцент, что для значений лучше всего использовать частные формулы для корней тригонометрических уравнений и обращает внимание, что на столах у учащихся лежат памятки для решения тригонометрических уравнений. (Демонстрируется на слайде)
Далее учителем рассматриваются основные методы решения простейших тригонометрических уравнений и разбираются на примерах.
а) ; б) в) .
а) ,
Ответ :
б) ,
Если, то , ,
Если, то , ,
Ответ:,
в)
,
,
Ответ:, .
IV. Первичное закрепление нового материала.
Цели:
Учащимся предлагается выполнить проверочную работу обучающего характера на установление уровня усвоения нового материала. На партах лежат листы с заданиями базового и профильного уровня (уровень Б и П). Учащийся сам определяет, на каком уровне будет выполнять самостоятельную работу обучающего характера. Время на самостоятельную работу 5-6 минут.
В ответе запишите букву (код ответа) соответствующую ответу вашего решения.
По окончании самостоятельной работы учащимся предлагается выполнить самопроверку. На доске (слайд) приводятся правильные ответы.
Подводя итоги урока, учитель сопоставляет поставленные цели с результатами урока, оценивает деятельность учащихся и комментирует домашнее задание.
На экране выведено домашнее задание.
Задание на дом: §22. №№ 22.4(а), 22.5, 22.11-12(в, г),22.23(а, б), 22.25(а, б). Алгебра и начала анализа. 10 класс в 2-х частях для общеобразовательных учреждений (профильный уровень) /А.Г.Мордкович, Л.О.Денищева, Т.А.Корешкова и др.; под ред. А.Г.Мордковича, М: Мнемозина, 2010 год
Дополнительное задание: (см. так же электронную почту)
Построить график функции .
Решить уравнение .
Простейшие тригонометрические уравнения (задание 5) и неравенства
\(\blacktriangleright\) Стандартные (простейшие) тригонометричекие уравнения — это уравнения вида
\(\sin x=a,\quad \cos x=a,\quad \mathrm
Для решения данных уравнения удобно пользоваться единичной окружностью (радиус равен \(1\) ).
Рассмотрим несколько примеров:
Пример 1. Решить уравнение \(\sin x=\dfrac12\) .
Найдем на оси синусов точку \(\dfrac12\) и проведем прямую параллельно оси \(Ox\) до пересечения с окружностью. Получим две точки на окружности, в которых находятся все углы, синус которых равен \(\dfrac12\) . Выберем в каждой точке по одному углу, причем удобнее выбирать эти углы из отрезка \([-\pi;\pi]\) . Тогда в нашем случае это углы \(\dfrac<\pi>6\) и \(\dfrac<5\pi>6\) . Все остальные углы можно получить путем прибавления к данным углам \(2\pi\cdot n\) , где \(n\) — целое число (т.е. поворотом от данных на целое число полных кругов).
Таким образом, решением являются \(x_1=\dfrac<\pi>6+2\pi n,\ x_2=\dfrac<5\pi>6+2\pi n, \ n\in \mathbb
Пример 2. Решить уравнение \(\cos x=-\dfrac<\sqrt2><2>\) .
Найдем на оси косинусов точку \(-\dfrac<\sqrt2><2>\) и проведем прямую параллельно оси \(Oy\) до пересечения с окружностью. Получим две точки на окружности, в которых находятся все углы, косинус которых равен \(-\dfrac<\sqrt2><2>\) . Выберем в каждой точке по одному углу, причем удобнее выбирать эти углы из отрезка \([-\pi;\pi]\) . Тогда в нашем случае это углы \(\dfrac<3\pi>4\) и \(-\dfrac<3\pi>4\) . Все остальные углы можно получить путем прибавления к данным \(2\pi\cdot n\) , где \(n\) — целое число.
Таким образом, решением являются \(x_1=\dfrac<3\pi>4+2\pi n,\ x_2=-\dfrac<3\pi>4+2\pi n, \ n\in \mathbb
Пример 3. Решить уравнение \(\mathrm
Найдем на оси тангенсов точку \(\dfrac<\sqrt3>3\) и проведем прямую через эту точку и центр окружности до пересечения с окружностью. Получим две точки на окружности, в которых находятся все углы, тангенс которых равен \(\dfrac<\sqrt3>3\) .Выберем в каждой точке по одному углу, причем удобнее выбирать эти углы из отрезка \([-\pi;\pi]\) . Тогда в нашем случае это углы \(\dfrac<\pi>6\) и \(-\dfrac<5\pi>6\) . Все остальные углы можно получить путем прибавления к данным \(2\pi\cdot n\) , где \(n\) — целое число, или путем прибавления к одному из данных углов \(\pi n\) .
Таким образом, решением являются \(x=\dfrac<\pi>6+\pi n, \ n\in \mathbb
Пример 4. Решить уравнение \(\mathrm
Найдем на оси котангенсов точку \(\sqrt3\) и проведем прямую через эту точку и центр окружности до пересечения с окружностью. Получим две точки на окружности, в которых находятся все углы, котангенс которых равен \(\sqrt3\) . Выберем в каждой точке по одному углу, причем удобнее выбирать эти углы из отрезка \([-\pi;\pi]\) . Тогда в нашем случае это углы \(\dfrac<\pi>6\) и \(-\dfrac<5\pi>6\) . Все остальные углы можно получить путем прибавления к данным \(2\pi\cdot n\) , где \(n\) — целое число, или путем прибавления к одному из данных углов \(\pi n\) .
Таким образом, решением являются \(x=\dfrac<\pi>6+\pi n, \ n\in \mathbb
\(\blacktriangleright\) Решения для любого стандартного тригонометрического уравнения выглядят следующим образом: \[\begin
\(\blacktriangleright\) Любые уравнения вида \(\mathrm
Пример 5. Решить уравнение \(\sin<(\pi x+\dfrac<\pi>3)>=1\) .
Сделав замену \(t=\pi x+\dfrac<\pi>3\) , мы сведем уравнение к виду \(\sin t=1\) . Решением данного уравнения являются \(t=\dfrac<\pi>2+2\pi n, n\in\mathbb
Теперь сделаем обратную замену и получим: \(\pi x+\dfrac<\pi>3=\dfrac<\pi>2+2\pi n\) , откуда \(x=\dfrac16+2n,\ n\in\mathbb
Если \(n\) точек, являющихся решением уравнения или системы, разбивают окружность на \(n\) равных частей, то их можно объединить в одну формулу: \(x=\alpha+\dfrac<2\pi>n,\ n\in\mathbb
Рассмотрим данную ситуацию на примере:
Пример 6. Допустим, решением системы являются \(x_1=\pm \dfrac<\pi>4+2\pi n, \ x_2=\pm \dfrac<3\pi>4+2\pi n, \ n\in\mathbb
Заметим, что длины дуг \(\buildrel\smile\over
где \(\lor\) — один из знаков \(\leq,\ ,\ \geq\) .
Пример 7. Изобразить на окружности множество решений неравенства \(\sin x >\dfrac12\) .
Для начала отметим на окружности корни уравнения \(\sin x =\dfrac12\) . Это точки \(A\) и \(B\) . Все точки, синус которых больше \(\dfrac12\) , находятся на выделенной дуге. Т.к. при положительном обходе движение по окружности происходит против часовой стрелки, то начало дуги — это \(A\) , а конец — \(B\) .
Выберем в точке \(A\) любой угол, например, \(\dfrac<\pi>6\) . Тогда в точке \(B\) необходимо выбрать угол, который будет больше \(\dfrac<\pi>6\) , но ближайший к нему, и чтобы синус этого угла также был равен \(\dfrac12\) . Это угол \(\dfrac<5\pi>6\) . Тогда все числа из промежутка \(\left(\dfrac<\pi>6;\dfrac<5\pi>6\right)\) являются решениями данного неравенства (назовем такое решение частным). А все решения данного неравенства будут иметь вид \(\left(\dfrac<\pi>6+2\pi n;\dfrac<5\pi>6+2\pi n\right), n\in\mathbb
Пример 8. Изобразить на окружности множество решений неравенства \(\cos x .
Для начала отметим на окружности корни уравнения \(\cos x =\dfrac12\) . Это точки \(A\) и \(B\) . Все точки, косинус которых меньше \(\dfrac12\) , находятся на выделенной дуге. Т.к. при положительном обходе движение по окружности происходит против часовой стрелки, то начало дуги — это \(A\) , а конец — \(B\) .
Выберем в точке \(A\) любой угол, например, \(\dfrac<\pi>3\) . Тогда в точке \(B\) необходимо выбрать угол, который будет больше \(\dfrac<\pi>3\) , но ближайший к нему, и чтобы косинус этого угла также был равен \(\dfrac12\) . Это угол \(\dfrac<5\pi>3\) . Тогда все числа из промежутка \(\left(\dfrac<\pi>3;\dfrac<5\pi>3\right)\) являются решениями данного неравенства (назовем такое решение частным). А все решения данного неравенства будут иметь вид \(\left(-\dfrac<5\pi>3+2\pi n;-\dfrac<\pi>3+2\pi n\right), n\in\mathbb
Пример 9. Изобразить на окружности множество решений неравенства \(\mathrm
Для начала отметим на окружности корни уравнения \(\mathrm
Рассмотрим одну из дуг, например, \(\buildrel\smile\over
Пример 10. Изобразить на окружности множество решений неравенства \(\mathrm
Для начала отметим на окружности корни уравнения \(\mathrm
Рассмотрим одну из дуг, например, \(\buildrel\smile\over
Геометрический способ (по окружности).
Этот способ заключается в том, что мы отмечаем решения всех уравнений (неравенств) на единичной окружности и пересекаем (объединяем) их.
Пример 11. Найти корни уравнения \(\sin x=-\dfrac12\) , если \(\cos x\ne \dfrac<\sqrt3>2\) .
В данном случае необходимо пересечь решения первого уравнения с решением второго уравнения.
Решением первого уравнения являются \(x_1=-\dfrac<\pi>6+2\pi n,\ x_2=-\dfrac<5\pi>6+2\pi n,\ n\in \mathbb
Видим, что из двух точек, удовлетворяющих первому уравнению, одна точка \(x= -\dfrac<\pi>6+2\pi n\) не подходит. Следовательно, ответом будут только \(x=-\dfrac<5\pi>6+2\pi n, n\in \mathbb
Вычислительный способ.
Этот способ заключается в подстановке решений уравнения (системы) в имеющиеся ограничения. Для данного способа будут полезны некоторые частные случаи формул приведения: \[\begin
Пример 12. Решить систему \(\begin
Решением уравнения являются \(x_1=\dfrac<\pi>3+2\pi n,\ x_2=-\dfrac<\pi>3+2\pi n,\ n\in\mathbb
\(\sin x_1+\cos x_1=\dfrac<\sqrt3>2+\dfrac12>0\) , следовательно, корень \(x_1\) нам подходит;
\(\sin x x_2+\cos x_2=-\dfrac<\sqrt3>2+\dfrac12 , следовательно, корень \(x_2\) нам не подходит.
Таким образом, решением системы являются только \(x=\dfrac<\pi>3+2\pi n,\ n\in\mathbb
Алгебраический способ.
Пример 13. Найти корни уравнения \(\sin x=\dfrac<\sqrt2>2\) , принадлежащие отрезку \([0;\pi]\) .
Решением уравнения являются \(x_1=\dfrac<\pi>4+2\pi n, \ x_2=\dfrac<3\pi>4 +2\pi n, \ n\in\mathbb
\(0\leq \dfrac<\pi>4+2\pi n\leq\pi \Leftrightarrow -\dfrac18\leq n\leq\dfrac38\) . Таким образом, единственное целое значение \(n\) , удовлетворяющее этому неравенству, это \(n=0\) . При \(n=0\) \(x_1=\dfrac<\pi>4\) — входит в отрезок \([0;\pi]\) .
Аналогично решаем неравенство \(0\leq x_2\leq\pi\) и получаем \(n=0\) и \(x_2=\dfrac<3\pi>4\) .
Для следующего примера рассмотрим алгоритм решения линейных уравнений в целых числах:
Уравнение будет иметь решение в целых числах относительно \(x\) и \(y\) тогда и только тогда, когда \(c\) делится на \(НОД(a,b)\) .
Пример: Уравнение \(2x+4y=3\) не имеет решений в целых числах, потому что \(3\) не делится на \(НОД(2,4)=2\) . Действительно, слева стоит сумма двух четных чисел, то есть четное число, а справа — \(3\) , то есть нечетное число.
Пример: Решить уравнение \(3x+5y=2\) . Т.к. \(НОД(3,5)=1\) , то уравнение имеет решение в целых числах. Выразим \(x\) через \(y\) :
Число \(\dfrac<2-2y>3\) должно быть целым. Рассмотрим остатки при делении на \(3\) числа \(y\) : \(0\) , \(1\) или \(2\) .
Если \(y\) при делении на \(3\) имеет остаток \(0\) , то оно записывается как \(y=3p+0\) . Тогда \[\dfrac<2-2y>3=\dfrac<2-2\cdot 3p>3=\dfrac23-2p\ne \text<целому числу>\]
Если \(y\) при делении на \(3\) имеет остаток \(1\) , то оно записывается как \(y=3p+1\) . Тогда \[\dfrac<2-2y>3=\dfrac<2-2(3p+1)>3=-2p=\text<целому числу>\]
Значит, этот случай нам подходит. Тогда \(y=3p+1\) , а \(x=\dfrac<2-2y>3-y=-5p-1\) .
Ответ: \((-5p-1; 3p+1), p\in\mathbb
Перейдем к примеру:
Пример 14. Решить систему \[\begin
Решим первое уравнение системы:
\[\left[ \begin
Решим второе уравнение системы:
\[\dfrac x2=2\pi k, k\in\mathbb
Необходимо найти корни, которые удовлетворяют и первому, и второму уравнению системы, то есть пересечь решения первого и второго уравнений.
Найдем целые \(n\) и \(k\) , при которых совпадают решения в сериях \(\pi+6\pi n\) и \(4\pi k\) :
\[\pi + 6\pi n=4\pi k \quad \Rightarrow \quad 4k-6n=1\]
Т.к. \(НОД(4,6)=2\) и \(1\) не делится на \(2\) , то данное уравнение не имеет решений в целых числах.
Найдем целые \(m\) и \(k\) , при которых совпадают решения в сериях \(2\pi +6\pi m\) и \(4\pi k\) :
\[2\pi +6\pi m=4\pi k \quad \Rightarrow \quad 2k-3m=1\]
Данное уравнение имеет решение в целых числах. Выразим \(k=\frac<3m+1>2=m+\frac
Возможные остатки при делении \(m\) на \(2\) — это \(0\) или \(1\) .
Если \(m=2p+0\) , то \(\frac
Если \(m=2p+1\) , то \(\frac
Значит, \(m=2p+1\) , тогда \(k=3p+2\) , \(p\in\mathbb
Подставим либо \(m\) , либо \(k\) в соответствующую ему серию и получим окончательный ответ: \(x=4\pi k=4\pi (3p+2)=8\pi+12\pi p, p\in\mathbb
Как научить решать тригонометрические уравнения и неравенства: методика преподавания
Курс математики корпорации «Российский учебник», авторства Георгия Муравина и Ольги Муравиной, предусматривает постепенный переход к решению тригонометрических уравнений и неравенств в 10 классе, а также продолжение их изучения в 11 классе. Представляем вашему вниманию этапы перехода к теме с выдержками из учебника «Алгебра и начало математического анализа» (углубленный уровень).
1. Синус и косинус любого угла (пропедевтика к изучению тригонометрических уравнений)
Пример задания. Найти приближенно углы, косинусы которых равны 0,8.
Решение. Косинус — это абсцисса соответствующей точки единичной окружности. Все точки с абсциссами, равными 0,8, принадлежат прямой, параллельной оси ординат и проходящей через точку C(0,8; 0). Эта прямая пересекает единичную окружность в двух точках: Pα° и Pβ°, симметричных относительно оси абсцисс.
С помощью транспортира находим, что угол α° приближенно равен 37°. Значит, общий вид углов поворота с конечной точкой Pα°:
α° ≈ 37° + 360°n, где n — любое целое число.
В силу симметрии относительно оси абсцисс точка Pβ° — конечная точка поворота на угол –37°. Значит, для нее общий вид углов поворота:
β° ≈ –37° + 360°n, где n — любое целое число.
Ответ: 37° + 360°n, –37° + 360°n, где n— любое целое число.
Пример задания. Найти углы, синусы которых равны 0,5.
Решение. Синус — это ордината соответствующей точки единичной окружности. Все точки с ординатами, равными 0,5, принадлежат прямой, параллельной оси абсцисс и проходящей через точку D(0; 0,5).
Эта прямая пересекает единичную окружность в двух точках: Pφ и Pπ–φ, симметричных относительно оси ординат. В прямоугольном треугольнике OKPφ катет KPφ равен половине гипотенузы OPφ, значит,
Общий вид углов поворота с конечной точкой Pφ:
где n — любое целое число. Общий вид углов поворота с конечной точкой Pπ–φ:
где n — любое целое число.
Ответ: где n — любое целое число.
2. Тангенс и котангенс любого угла (пропедевтика к изучению тригонометрических уравнений)
Пример 2. Найти общий вид углов, тангенс которых равен –1,2.
Пример задания. Найти общий вид углов, тангенс которых равен –1,2.
Решение. Отметим на оси тангенсов точку C с ординатой, равной –1,2, и проведем прямую OC. Прямая OC пересекает единичную окружность в точках Pα° и Pβ° — концах одного и того же диаметра. Углы, соответствующие этим точкам, отличаются друг от друга на целое число полуоборотов, т.е. на 180°n (n — целое число). С помощью транспортира находим, что угол Pα° OP0 равен –50°. Значит, общий вид углов, тангенс которых равен –1,2, следующий: –50° + 180°n (n — целое число)
По синусу и косинусу углов 30°, 45° и 60° легко найти их тангенсы и котангенсы. Например,
Перечисленные углы довольно часто встречаются в разных задачах, поэтому полезно запомнить значения тангенса и котангенса этих углов.
http://shkolkovo.net/theory/25
http://rosuchebnik.ru/material/kak-nauchit-reshat-trigonometricheskie-uravneniya-i-neravenstva-metodi/