Lý thuyết Phương trình lượng giác cơ bản – Toán 11 Kết nối tri thức

Lý thuyết Toán 11 Bài 4: Phương trình lượng giác cơ bản - Kết nối tri thức

Bài giảng Toán 11 Bài 4: Phương trình lượng giác cơ bản

A. Lý thuyết Phương trình lượng giác cơ bản

1. Khái niệm phương trình tương đương

Hai phương trình được gọi là tương đương khi chúng có cùng tập nghiệm.

Nếu phương trình f(x) =0 tương đương với phương trình g(x) =0 thì ta viết $f(x)=0\iff g(x)=0$

*Chú ý: Hai phương trình vô nghiệm là hai phương trình tương đương.

2. Phương trình $\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{x}=m$

Phương trình sinx=m có nghiệm khi và chỉ khi $\left|m\right|\le 1$.

Khi $\left|m\right|\le 1$sẽ tồn tại duy nhất $\alpha \in \left[-\frac{\pi }{2};\frac{\pi }{2}\right]$ thoả mãn $\sin \alpha =m$. Khi đó:

$\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{x}=m\iff \sin x=\sin \alpha$ $\iff [\begin{array}{l}x=\alpha +k2\pi \\ x=\pi -\alpha +k2\pi \end{array}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$

* Chú ý:

a, Nếu số đo của góc $\alpha$được cho bằng đơn vị độ thì $\sin x=\sin {\alpha }^o\iff [\begin{array}{l}x={\alpha }^o+k{360}^o\\ x={180}^o-{\alpha }^o+k{360}^o\end{array}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$

b, Một số trường hợp đặc biệt

$\begin{array}{l}\sin x=0\iff x=k\pi ,k\in \mathbb{Z}.\\ \sin x=1\iff x=\frac{\pi }{2}+k2\pi ,k\in \mathbb{Z}.\\ \sin x=-1\iff x=-\frac{\pi }{2}+k2\pi ,k\in \mathbb{Z}.\end{array}$

3. Phương trình $\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{x}=m$

Phương trình $\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{x}=m$có nghiệm khi và chỉ khi $\left|m\right|\le 1$.

Khi $\left|m\right|\le 1$sẽ tồn tại duy nhất $\alpha \in \left[0;\pi \right]$ thoả mãn $\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha =m$. Khi đó:

$\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{x}=m\iff \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\mathrm{x}=\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\alpha$ $\iff [\begin{array}{l}x=\alpha +k2\pi \\ x=-\alpha +k2\pi \end{array}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$

* Chú ý:

a, Nếu số đo của góc $\alpha$được cho bằng đơn vị độ thì $\cos x=\cos {\alpha }^o\iff [\begin{array}{l}x={\alpha }^o+k{360}^o\\ x=-{\alpha }^o+k{360}^o\end{array}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$

b, Một số trường hợp đặc biệt

$\begin{array}{l}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}x=0\iff x=\frac{\pi }{2}+k\pi ,k\in \mathbb{Z}.\\ \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}x=1\iff x=k2\pi ,k\in \mathbb{Z}.\\ \mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}x=-1\iff x=\pi +k2\pi ,k\in \mathbb{Z}.\end{array}$

4. Phương trình $\tan x=m$

Phương trình $\tan x=m$có nghiệm với mọi m.

Với mọi $m\in \mathbb{R}$, tồn tại duy nhất $\alpha \in \left(-\frac{\pi }{2};\frac{\pi }{2}\right)$ thoả mãn $\tan \alpha =m$. Khi đó:

$\tan \mathrm{x}=m\iff \tan x=\tan \alpha \iff x=\alpha +k\pi ,k\in \mathbb{Z}.$

*Chú ý: Nếu số đo của góc $\alpha$được cho bằng đơn vị độ thì

$\tan x=\tan {\alpha }^o\iff x={\alpha }^o+k{180}^o,k\in \mathbb{Z}.$

5. Phương trình $\cot x=m$

Phương trình $\cot x=m$có nghiệm với mọi m.

Với mọi $m\in \mathbb{R}$, tồn tại duy nhất $\alpha \in \left(0;\pi \right)$ thoả mãn $\cot \alpha =m$. Khi đó:

$\cot \mathrm{x}=m\iff \cot x=\cot \alpha \iff x=\alpha +k\pi ,k\in \mathbb{Z}.$

*Chú ý: Nếu số đo của góc $\alpha$được cho bằng đơn vị độ thì

$\cot x=\cot {\alpha }^o\iff x={\alpha }^o+k{180}^o,k\in \mathbb{Z}.$

6. Sử dụng máy tính cầm tay tìm góc khi biết giá trị lượng giác của nó

Bước 1. Chọn đơn vị đo góc (độ hoặc radian).

Muốn tìm số đo độ, ta ấn: SHIFT $\to$MODE $\to$3 (CASIO FX 570VN).

Muốn tìm số đo radian, ta ấn: SHIFT $\to$MODE $\to$4 (CASIO FX 570VN).

Bước 2. Tìm số đo góc.

Khi biết SIN, COS, TANG của góc $\alpha$ta cần tìm bằng m, ta lần lượt ấn các phím SHIFT và một trong các phím SIN, COS, TANG rồi nhập giá trị lượng giác m và cuối cùng ấn phím “BẰNG =”. Lúc này trên màn hình cho kết quả là số đo của góc $\alpha$

B. Bài tập Phương trình lượng giác cơ bản

Bài 1. Giải các phương trình sau:

a) sin x + cos 2x = 0;

b) cos2x = – cos 5x.

Hướng dẫn giải

a) Ta có sin x + cos 2x = 0

⇔ sin x + 1 – 2sin² x = 0

⇔ – 2sin² x + sin x + 1 = 0

⇔

+ Với sin x = 1 ta có: sinx = 1 ⇔ $x=\frac{\pi }{2}+k2\pi ,\text{(k}\in \mathbb{Z}\text{).}$

+ Với sin x = $-\frac{1}{2}$ , ta có: sin x = $-\frac{1}{2}$

Vậy $x=-\frac{\pi }{6}+k2\pi ,x=\frac{7\pi }{6}+k2\pi ,x=\frac{\pi }{2}+k2\pi ,\text{(k}\in \mathbb{Z}\text{).}$

b) Ta có cos2x = – cos 5x ⇔ cos2x = cos$\left(\pi -5x\right)$

Bài 2. Giải các phương trình sau:

a) sin x = $-\frac{\sqrt{3}}{2}$ ;

b) cot (2x – 3) = cot$\frac{\pi }{7}$ .

Hướng dẫn giải

a) sin x = $-\frac{\sqrt{3}}{2}$

⇔ sinx = sin

b) cot (2x – 3) = cot$\frac{\pi }{7}$

⇔ 2x – 3 = $\frac{\pi }{7}$+k$\pi$

⇔ x = $\frac{\pi +21}{14}+k\frac{\pi }{2}$ (k ∈ ℤ).

C. Trắc nghiệm Toán 11 Bài 4: Phương trình lượng giác cơ bản

Câu 1. Tập nghiệm của phương trình sin2x = sinx là

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Ta có sin2x = sinx $\iff$

Câu 2. Phương trình sin2x = cosx có nghiệm là

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

sin2x = cosx $\iff$ sin2x = sin$\left(\frac{\pi }{2}-x\right)$$\iff$

Câu 3. Giải phương trình $\sqrt{3}$tan2x - 3 = 0.

A. $x=\frac{\pi }{3}+k\frac{\pi }{2}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   B. $x=\frac{\pi }{3}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

C. $x=\frac{\pi }{6}+k\frac{\pi }{2}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   D. $x=\frac{\pi }{6}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

$\sqrt{3}$tan2x - 3 = 0 $\iff$ tan2x = $\sqrt{3}$ $\iff$ 2x = $\frac{\pi }{3}$+k$\pi$$\iff x=\frac{\pi }{6}+k\frac{\pi }{2}\left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

Câu 4. Phương trình lượng giác 3cot - $\sqrt{3}$ = 0 có nghiệm là:

A. $x=\frac{\pi }{6}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   B. $x=\frac{\pi }{3}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

C. $x=\frac{\pi }{3}+k2\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   D. Vô nghiệm.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Ta có 3cotx - $\sqrt{3}$ = 0 $\iff$cotx = $\frac{\sqrt{3}}{3}$ $\iff$cotx = cot$\left(\frac{\pi }{3}\right)\iff x=\frac{\pi }{3}+k\pi ,$$\left(k\in \mathbb{Z}\right).$

Câu 5. Tìm tất cả các giá trị thực của tham số m để phương trình cosx - m = 0 vô nghiệm.

A. $m\in \left(-\infty ;-1\right)\cup \left(1;+\infty \right)$.   B. $m\in \left(1;+\infty \right)$.

C. m$\in$[-1;1].             D. $m\in \left(-\infty ;-1\right)$.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Áp dụng điều kiện có nghiệm của phương trình cosx = a.

- Phương trình có nghiệm khi |a|$\le$1.

- Phương trình vô nghiệm khi |a|>1.

Phương trình cosx - m = 0 $\iff$ cosx = m.

Do đó, phương trình cosx = m vô nghiệm $\iff$ |m|>1

Câu 6. Tổng tất cả các nghiệm của phương trình cos(sinx) = 1 trên [0;2$\pi$] bằng:

A. 0.   B. $\pi$.   C. 2$\pi$.   D. 3$\pi$.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Ta có x$\in$[0;2$\pi$] $\Rightarrow$sinx$\in$[-1;1]

Khi đó: cos(sinx) = 1$\iff$sinx = k2$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$) với -1$\le$k2$\pi$$\le$1 $\iff$ k = 0.

Phương trình trở thành sinx = 0 $\iff$ x = m$\pi$$\iff$

Vậy tổng tất cả các nghiệm của phương trình cos(sinx) = 1 trên [0;2$\pi$] bằng $\pi$.

Câu 7. Số nghiệm của phương trình $\text{sin}\left(x+\frac{\pi }{4}\right)=\frac{\sqrt{2}}{2}$ trên đoạn [0;$\pi$] là:

A. 4.   B. 1.   C. 2.   D. 3.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

Đặt $x+\frac{\pi }{4}=\alpha$. Khi đó ta có phương trình $\text{sin}\alpha =\frac{\sqrt{2}}{2}$.

Xét đường thẳng $\text{y}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ và đồ thị hàm số y = sina trên đoạn [0;$\pi$]:

Từ đồ thị hàm số trên ta thấy đường thẳng $\text{y}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ cắt đồ thị số y = sina trên đoạn [0;$\pi$] tại hai điểm có hoành độ lần lượt là ${\alpha }_1=\frac{\pi }{4}$ và ${\alpha }_2=\frac{3\pi }{4}$.

Mà $x+\frac{\pi }{4}=\alpha$, khi đó ta sẽ tìm được 2 giá trị x là x₁ = 0 và $x_2=\frac{\pi }{2}$.

Câu 8. Giá trị m để phương trình 5sinx - m = tan²x(sinx - 1) có đúng 3 nghiệm thuộc $\left(-\pi ;\frac{\pi }{2}\right)$ là

A. $-1<m\le \frac{5}{2}$.   B. 0<m$\le$5.   C. 0$\le$m$\le$$\frac{11}{2}$.   D. -1<m$\le$6.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

Điều kiện cosx$\ne$0$\iff x\ne \frac{\pi }{2}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

Ta có: 5sinx - m = tan²x(sinx - 1)$\iff$5sinx - m = $\frac{{\sin }^{2}x}{\left(1-\sin x\right)\left(1+\sin x\right)}$(sinx-1)

$\iff$6sin²x - (m-5)sinx - m = 0

Đặt t = sinx => t$\in$(-1;1)

PT trở thành 6t² - (m-5)t - m = 0 (1)

YCBT $\iff$ PT (1) có 2 nghiệm phân biệt thỏa $-1<t_1<0\le t_2<1$

Câu 9. Nghiệm của phương trình sinx = -1là:

A. x = -$\frac{\pi }{2}$+k$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).   B. x = -$\frac{\pi }{2}$+k2$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).

C. x = k$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$)  . D. x = $\frac{3\pi }{2}$+k$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

sinx = -1 $\iff$x = -$\frac{\pi }{2}$+k2$\pi$, k$\in \mathbb{Z}$.

Câu 10. Nghiệm của phương trình cosx = 1là:

A. x = k$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).   B. x = $\frac{\pi }{2}$+k2$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).

C. x = k2$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).   D. x = $\frac{\pi }{2}$+k$\pi$ (k$\in \mathbb{Z}$).

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

cosx = 1 $\iff$ x = k2$\pi$, k$\in \mathbb{Z}$.

Câu 11. Tìm tất cả các giá trị thực của tham số m để phương trình sinx = m có nghiệm.

A. m$\le$1.   B. m$\ge$-1.   C. -1$\le$m$\le$1.   D. m$\le$-1.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

Với mọi x$\in ℝ$, ta luôn có -1$\le$m$\le$1.

Do đó, phương trình sinx = m có nghiệm khi và chỉ khi -1$\le$m$\le$1.

Câu 12. Nghiệm của phương trình $\sqrt{3}$+3tanx = 0 là:

A. $x=\frac{\pi }{3}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   B. $x=\frac{\pi }{2}+k2\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

C. $x=-\frac{\pi }{6}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.   D. $x=\frac{\pi }{2}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

$\sqrt{3}$ + 3tanx = 0 $\iff$ tanx = -$\frac{\sqrt{3}}{3}$ $\iff$ x = -$\frac{\pi }{6}+k\pi \left(k\in \mathbb{Z}\right)$.