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50sec^2(5x)tan(5x)=25+tan^2(5x)

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Lösung

50sec2(5x)tan(5x)=25+tan2(5x)

Lösung

x=50.40289…​+5πn​
+1
Grad
x=4.61683…∘+36∘n
Schritte zur Lösung
50sec2(5x)tan(5x)=25+tan2(5x)
Subtrahiere 25+tan2(5x) von beiden Seiten50sec2(5x)tan(5x)−25−tan2(5x)=0
Umschreiben mit Hilfe von Trigonometrie-Identitäten
−25−tan2(5x)+50sec2(5x)tan(5x)
Verwende die Pythagoreische Identität: sec2(x)=tan2(x)+1=−25−tan2(5x)+50(tan2(5x)+1)tan(5x)
−25−tan2(5x)+(1+tan2(5x))⋅50tan(5x)=0
Löse mit Substitution
−25−tan2(5x)+(1+tan2(5x))⋅50tan(5x)=0
Angenommen: tan(5x)=u−25−u2+(1+u2)⋅50u=0
−25−u2+(1+u2)⋅50u=0:u≈0.42620…
−25−u2+(1+u2)⋅50u=0
Schreibe −25−u2+(1+u2)⋅50uum:−25−u2+50u+50u3
−25−u2+(1+u2)⋅50u
=−25−u2+50u(1+u2)
Multipliziere aus 50u(1+u2):50u+50u3
50u(1+u2)
Wende das Distributivgesetz an: a(b+c)=ab+aca=50u,b=1,c=u2=50u⋅1+50uu2
=50⋅1⋅u+50u2u
Vereinfache 50⋅1⋅u+50u2u:50u+50u3
50⋅1⋅u+50u2u
50⋅1⋅u=50u
50⋅1⋅u
Multipliziere die Zahlen: 50⋅1=50=50u
50u2u=50u3
50u2u
Wende Exponentenregel an: ab⋅ac=ab+cu2u=u2+1=50u2+1
Addiere die Zahlen: 2+1=3=50u3
=50u+50u3
=50u+50u3
=−25−u2+50u+50u3
−25−u2+50u+50u3=0
Schreibe in der Standard Form an​xn+…+a1​x+a0​=050u3−u2+50u−25=0
Bestimme eine Lösung für 50u3−u2+50u−25=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:u≈0.42620…
50u3−u2+50u−25=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=50u3−u2+50u−25
Finde f′(u):150u2−2u+50
dud​(50u3−u2+50u−25)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(50u3)−dud​(u2)+dud​(50u)−dud​(25)
dud​(50u3)=150u2
dud​(50u3)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=50dud​(u3)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=50⋅3u3−1
Vereinfache=150u2
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
Vereinfache=2u
dud​(50u)=50
dud​(50u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=50dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=50⋅1
Vereinfache=50
dud​(25)=0
dud​(25)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=150u2−2u+50−0
Vereinfache=150u2−2u+50
Angenommen u0​=1Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=0.62626…:Δu1​=0.37373…
f(u0​)=50⋅13−12+50⋅1−25=74f′(u0​)=150⋅12−2⋅1+50=198u1​=0.62626…
Δu1​=∣0.62626…−1∣=0.37373…Δu1​=0.37373…
u2​=0.45706…:Δu2​=0.16919…
f(u1​)=50⋅0.62626…3−0.62626…2+50⋅0.62626…−25=18.20208…f′(u1​)=150⋅0.62626…2−2⋅0.62626…+50=107.57820…u2​=0.45706…
Δu2​=∣0.45706…−0.62626…∣=0.16919…Δu2​=0.16919…
u3​=0.42699…:Δu3​=0.03007…
f(u2​)=50⋅0.45706…3−0.45706…2+50⋅0.45706…−25=2.41849…f′(u2​)=150⋅0.45706…2−2⋅0.45706…+50=80.42199…u3​=0.42699…
Δu3​=∣0.42699…−0.45706…∣=0.03007…Δu3​=0.03007…
u4​=0.42621…:Δu4​=0.00078…
f(u3​)=50⋅0.42699…3−0.42699…2+50⋅0.42699…−25=0.05973…f′(u3​)=150⋅0.42699…2−2⋅0.42699…+50=76.49426…u4​=0.42621…
Δu4​=∣0.42621…−0.42699…∣=0.00078…Δu4​=0.00078…
u5​=0.42620…:Δu5​=5.03019E−7
f(u4​)=50⋅0.42621…3−0.42621…2+50⋅0.42621…−25=0.00003…f′(u4​)=150⋅0.42621…2−2⋅0.42621…+50=76.39588…u5​=0.42620…
Δu5​=∣0.42620…−0.42621…∣=5.03019E−7Δu5​=5.03019E−7
u≈0.42620…
Wende die schriftliche Division an:u−0.42620…50u3−u2+50u−25​=50u2+20.31049…u+58.65653…
50u2+20.31049…u+58.65653…≈0
Bestimme eine Lösung für 50u2+20.31049…u+58.65653…=0 nach dem Newton-Raphson-Verfahren:Keine Lösung für u∈R
50u2+20.31049…u+58.65653…=0
Definition Newton-Raphson-Verfahren
f(u)=50u2+20.31049…u+58.65653…
Finde f′(u):100u+20.31049…
dud​(50u2+20.31049…u+58.65653…)
Wende die Summen-/Differenzregel an: (f±g)′=f′±g′=dud​(50u2)+dud​(20.31049…u)+dud​(58.65653…)
dud​(50u2)=100u
dud​(50u2)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=50dud​(u2)
Wende die Potenzregel an: dxd​(xa)=a⋅xa−1=50⋅2u2−1
Vereinfache=100u
dud​(20.31049…u)=20.31049…
dud​(20.31049…u)
Entferne die Konstante: (a⋅f)′=a⋅f′=20.31049…dudu​
Wende die allgemeine Ableitungsregel an: dudu​=1=20.31049…⋅1
Vereinfache=20.31049…
dud​(58.65653…)=0
dud​(58.65653…)
Ableitung einer Konstanten: dxd​(a)=0=0
=100u+20.31049…+0
Vereinfache=100u+20.31049…
Angenommen u0​=−3Berechneun+1​ bis Δun+1​<0.000001
u1​=−1.39920…:Δu1​=1.60079…
f(u0​)=50(−3)2+20.31049…(−3)+58.65653…=447.72504…f′(u0​)=100(−3)+20.31049…=−279.68950…u1​=−1.39920…
Δu1​=∣−1.39920…−(−3)∣=1.60079…Δu1​=1.60079…
u2​=−0.32800…:Δu2​=1.07120…
f(u1​)=50(−1.39920…)2+20.31049…(−1.39920…)+58.65653…=128.12693…f′(u1​)=100(−1.39920…)+20.31049…=−119.61018…u2​=−0.32800…
Δu2​=∣−0.32800…−(−1.39920…)∣=1.07120…Δu2​=1.07120…
u3​=4.26567…:Δu3​=4.59367…
f(u2​)=50(−0.32800…)2+20.31049…(−0.32800…)+58.65653…=57.37392…f′(u2​)=100(−0.32800…)+20.31049…=−12.48976…u3​=4.26567…
Δu3​=∣4.26567…−(−0.32800…)∣=4.59367…Δu3​=4.59367…
u4​=1.90464…:Δu4​=2.36103…
f(u3​)=50⋅4.26567…2+20.31049…⋅4.26567…+58.65653…=1055.09312…f′(u3​)=100⋅4.26567…+20.31049…=446.87787…u4​=1.90464…
Δu4​=∣1.90464…−4.26567…∣=2.36103…Δu4​=2.36103…
u5​=0.58226…:Δu5​=1.32237…
f(u4​)=50⋅1.90464…2+20.31049…⋅1.90464…+58.65653…=278.72369…f′(u4​)=100⋅1.90464…+20.31049…=210.77463…u5​=0.58226…
Δu5​=∣0.58226…−1.90464…∣=1.32237…Δu5​=1.32237…
u6​=−0.53102…:Δu6​=1.11328…
f(u5​)=50⋅0.58226…2+20.31049…⋅0.58226…+58.65653…=87.43414…f′(u5​)=100⋅0.58226…+20.31049…=78.53686…u6​=−0.53102…
Δu6​=∣−0.53102…−0.58226…∣=1.11328…Δu6​=1.11328…
u7​=1.35878…:Δu7​=1.88980…
f(u6​)=50(−0.53102…)2+20.31049…(−0.53102…)+58.65653…=61.97051…f′(u6​)=100(−0.53102…)+20.31049…=−32.79194…u7​=1.35878…
Δu7​=∣1.35878…−(−0.53102…)∣=1.88980…Δu7​=1.88980…
u8​=0.21549…:Δu8​=1.14328…
f(u7​)=50⋅1.35878…2+20.31049…⋅1.35878…+58.65653…=178.56892…f′(u7​)=100⋅1.35878…+20.31049…=156.18896…u8​=0.21549…
Δu8​=∣0.21549…−1.35878…∣=1.14328…Δu8​=1.14328…
u9​=−1.34577…:Δu9​=1.56127…
f(u8​)=50⋅0.21549…2+20.31049…⋅0.21549…+58.65653…=65.35533…f′(u8​)=100⋅0.21549…+20.31049…=41.86020…u9​=−1.34577…
Δu9​=∣−1.34577…−0.21549…∣=1.56127…Δu9​=1.56127…
u10​=−0.27916…:Δu10​=1.06661…
f(u9​)=50(−1.34577…)2+20.31049…(−1.34577…)+58.65653…=121.87917…f′(u9​)=100(−1.34577…)+20.31049…=−114.26742…u10​=−0.27916…
Δu10​=∣−0.27916…−(−1.34577…)∣=1.06661…Δu10​=1.06661…
u11​=7.19949…:Δu11​=7.47865…
f(u10​)=50(−0.27916…)2+20.31049…(−0.27916…)+58.65653…=56.88321…f′(u10​)=100(−0.27916…)+20.31049…=−7.60607…u11​=7.19949…
Δu11​=∣7.19949…−(−0.27916…)∣=7.47865…Δu11​=7.47865…
Kann keine Lösung finden
Deshalb ist die Lösungu≈0.42620…
Setze in u=tan(5x)eintan(5x)≈0.42620…
tan(5x)≈0.42620…
tan(5x)=0.42620…:x=5arctan(0.42620…)​+5πn​
tan(5x)=0.42620…
Wende die Eigenschaften der Trigonometrie an
tan(5x)=0.42620…
Allgemeine Lösung für tan(5x)=0.42620…tan(x)=a⇒x=arctan(a)+πn5x=arctan(0.42620…)+πn
5x=arctan(0.42620…)+πn
Löse 5x=arctan(0.42620…)+πn:x=5arctan(0.42620…)​+5πn​
5x=arctan(0.42620…)+πn
Teile beide Seiten durch 5
5x=arctan(0.42620…)+πn
Teile beide Seiten durch 555x​=5arctan(0.42620…)​+5πn​
Vereinfachex=5arctan(0.42620…)​+5πn​
x=5arctan(0.42620…)​+5πn​
x=5arctan(0.42620…)​+5πn​
Kombiniere alle Lösungenx=5arctan(0.42620…)​+5πn​
Zeige Lösungen in Dezimalform x=50.40289…​+5πn​

Graph

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