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cos^2(x)+cos^2(3x)=1

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解

cos2(x)+cos2(3x)=1

解

x=0.78539…+2πn,x=2π−0.78539…+2πn,x=2.35619…+2πn,x=−2.35619…+2πn,x=0.39269…+2πn,x=2π−0.39269…+2πn,x=2.74889…+2πn,x=−2.74889…+2πn,x=1.17809…+2πn,x=2π−1.17809…+2πn,x=1.96349…+2πn,x=−1.96349…+2πn
+1
度
x=45∘+360∘n,x=315∘+360∘n,x=135∘+360∘n,x=−135∘+360∘n,x=22.5∘+360∘n,x=337.5∘+360∘n,x=157.5∘+360∘n,x=−157.5∘+360∘n,x=67.5∘+360∘n,x=292.5∘+360∘n,x=112.5∘+360∘n,x=−112.5∘+360∘n
解答ステップ
cos2(x)+cos2(3x)=1
両辺から1を引くcos2(x)+cos2(3x)−1=0
三角関数の公式を使用して書き換える
−1+cos2(3x)+cos2(x)
cos(3x)=4cos3(x)−3cos(x)
cos(3x)
三角関数の公式を使用して書き換える
cos(3x)
書き換え=cos(2x+x)
角の和の公式を使用する: cos(s+t)=cos(s)cos(t)−sin(s)sin(t)=cos(2x)cos(x)−sin(2x)sin(x)
2倍角の公式を使用: sin(2x)=2sin(x)cos(x)=cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x)
簡素化 cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x):cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
cos(2x)cos(x)−2sin(x)cos(x)sin(x)
2sin(x)cos(x)sin(x)=2sin2(x)cos(x)
2sin(x)cos(x)sin(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+csin(x)sin(x)=sin1+1(x)=2cos(x)sin1+1(x)
数を足す:1+1=2=2cos(x)sin2(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
=cos(x)cos(2x)−2sin2(x)cos(x)
2倍角の公式を使用: cos(2x)=2cos2(x)−1=(2cos2(x)−1)cos(x)−2sin2(x)cos(x)
ピタゴラスの公式を使用する: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=(2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
拡張 (2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x):4cos3(x)−3cos(x)
(2cos2(x)−1)cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
=cos(x)(2cos2(x)−1)−2cos(x)(1−cos2(x))
拡張 cos(x)(2cos2(x)−1):2cos3(x)−cos(x)
cos(x)(2cos2(x)−1)
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=cos(x),b=2cos2(x),c=1=cos(x)2cos2(x)−cos(x)1
=2cos2(x)cos(x)−1cos(x)
簡素化 2cos2(x)cos(x)−1⋅cos(x):2cos3(x)−cos(x)
2cos2(x)cos(x)−1cos(x)
2cos2(x)cos(x)=2cos3(x)
2cos2(x)cos(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+ccos2(x)cos(x)=cos2+1(x)=2cos2+1(x)
数を足す:2+1=3=2cos3(x)
1⋅cos(x)=cos(x)
1cos(x)
乗算:1⋅cos(x)=cos(x)=cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)
=2cos3(x)−cos(x)−2(1−cos2(x))cos(x)
拡張 −2cos(x)(1−cos2(x)):−2cos(x)+2cos3(x)
−2cos(x)(1−cos2(x))
分配法則を適用する: a(b−c)=ab−aca=−2cos(x),b=1,c=cos2(x)=−2cos(x)1−(−2cos(x))cos2(x)
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a=−2⋅1cos(x)+2cos2(x)cos(x)
簡素化 −2⋅1⋅cos(x)+2cos2(x)cos(x):−2cos(x)+2cos3(x)
−2⋅1cos(x)+2cos2(x)cos(x)
2⋅1⋅cos(x)=2cos(x)
2⋅1cos(x)
数を乗じる:2⋅1=2=2cos(x)
2cos2(x)cos(x)=2cos3(x)
2cos2(x)cos(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+ccos2(x)cos(x)=cos2+1(x)=2cos2+1(x)
数を足す:2+1=3=2cos3(x)
=−2cos(x)+2cos3(x)
=−2cos(x)+2cos3(x)
=2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x)
簡素化 2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x):4cos3(x)−3cos(x)
2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)+2cos3(x)
条件のようなグループ=2cos3(x)+2cos3(x)−cos(x)−2cos(x)
類似した元を足す:2cos3(x)+2cos3(x)=4cos3(x)=4cos3(x)−cos(x)−2cos(x)
類似した元を足す:−cos(x)−2cos(x)=−3cos(x)=4cos3(x)−3cos(x)
=4cos3(x)−3cos(x)
=4cos3(x)−3cos(x)
=−1+(4cos3(x)−3cos(x))2+cos2(x)
簡素化 −1+(4cos3(x)−3cos(x))2+cos2(x):−1+16cos6(x)−24cos4(x)+10cos2(x)
−1+(4cos3(x)−3cos(x))2+cos2(x)
(4cos3(x)−3cos(x))2:16cos6(x)−24cos4(x)+9cos2(x)
完全平方式を適用する: (a−b)2=a2−2ab+b2a=4cos3(x),b=3cos(x)
=(4cos3(x))2−2⋅4cos3(x)⋅3cos(x)+(3cos(x))2
簡素化 (4cos3(x))2−2⋅4cos3(x)⋅3cos(x)+(3cos(x))2:16cos6(x)−24cos4(x)+9cos2(x)
(4cos3(x))2−2⋅4cos3(x)⋅3cos(x)+(3cos(x))2
(4cos3(x))2=16cos6(x)
(4cos3(x))2
指数の規則を適用する: (a⋅b)n=anbn=42(cos3(x))2
(cos3(x))2:cos6(x)
指数の規則を適用する: (ab)c=abc=cos3⋅2(x)
数を乗じる:3⋅2=6=cos6(x)
=42cos6(x)
42=16=16cos6(x)
2⋅4cos3(x)⋅3cos(x)=24cos4(x)
2⋅4cos3(x)⋅3cos(x)
数を乗じる:2⋅4⋅3=24=24cos3(x)cos(x)
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+ccos3(x)cos(x)=cos3+1(x)=24cos3+1(x)
数を足す:3+1=4=24cos4(x)
(3cos(x))2=9cos2(x)
(3cos(x))2
指数の規則を適用する: (a⋅b)n=anbn=32cos2(x)
32=9=9cos2(x)
=16cos6(x)−24cos4(x)+9cos2(x)
=16cos6(x)−24cos4(x)+9cos2(x)
=−1+16cos6(x)−24cos4(x)+9cos2(x)+cos2(x)
類似した元を足す:9cos2(x)+cos2(x)=10cos2(x)=−1+16cos6(x)−24cos4(x)+10cos2(x)
=−1+16cos6(x)−24cos4(x)+10cos2(x)
−1+10cos2(x)+16cos6(x)−24cos4(x)=0
置換で解く
−1+10cos2(x)+16cos6(x)−24cos4(x)=0
仮定:cos(x)=u−1+10u2+16u6−24u4=0
−1+10u2+16u6−24u4=0:u=21​​,u=−21​​,u=22+2​​​,u=−22+2​​​,u=22−2​​​,u=−22−2​​​
−1+10u2+16u6−24u4=0
標準的な形式で書く an​xn+…+a1​x+a0​=016u6−24u4+10u2−1=0
equationを v=u2,v2=u4 と以下で書き換える:v3=u616v3−24v2+10v−1=0
解く 16v3−24v2+10v−1=0:v=21​,v=42+2​​,v=42−2​​
16v3−24v2+10v−1=0
因数 16v3−24v2+10v−1:(2v−1)(8v2−8v+1)
16v3−24v2+10v−1
有理根定理を使用する
a0​=1,an​=16
a0​:1の除数, an​:1,2,4,8,16の除数
ゆえに次の有理数をチェックする:±1,2,4,8,161​
21​ は式の累乗根なので 2v−1 をくくり出す
=(2v−1)2v−116v3−24v2+10v−1​
2v−116v3−24v2+10v−1​=8v2−8v+1
2v−116v3−24v2+10v−1​
割る 2v−116v3−24v2+10v−1​:2v−116v3−24v2+10v−1​=8v2+2v−1−16v2+10v−1​
分子 16v3−24v2+10v−1
と除数 2v−1の主係数で割る: 2v16v3​=8v2
商=8v2
2v−1に8v2を乗じる:16v3−8v216v3−8v2を16v3−24v2+10v−1から引いて新しい余りを得る余り=−16v2+10v−1
このため2v−116v3−24v2+10v−1​=8v2+2v−1−16v2+10v−1​
=8v2+2v−1−16v2+10v−1​
割る 2v−1−16v2+10v−1​:2v−1−16v2+10v−1​=−8v+2v−12v−1​
分子 −16v2+10v−1
と除数 2v−1の主係数で割る: 2v−16v2​=−8v
商=−8v
2v−1に−8vを乗じる:−16v2+8v−16v2+8vを−16v2+10v−1から引いて新しい余りを得る余り=2v−1
このため2v−1−16v2+10v−1​=−8v+2v−12v−1​
=8v2−8v+2v−12v−1​
割る 2v−12v−1​:2v−12v−1​=1
分子 2v−1
と除数 2v−1の主係数で割る: 2v2v​=1
商=1
2v−1に1を乗じる:2v−12v−1を2v−1から引いて新しい余りを得る余り=0
このため2v−12v−1​=1
=8v2−8v+1
=(2v−1)(8v2−8v+1)
(2v−1)(8v2−8v+1)=0
零因子の原則を使用:ab=0ならば a=0または b=02v−1=0or8v2−8v+1=0
解く 2v−1=0:v=21​
2v−1=0
1を右側に移動します
2v−1=0
両辺に1を足す2v−1+1=0+1
簡素化2v=1
2v=1
以下で両辺を割る2
2v=1
以下で両辺を割る222v​=21​
簡素化v=21​
v=21​
解く 8v2−8v+1=0:v=42+2​​,v=42−2​​
8v2−8v+1=0
解くとthe二次式
8v2−8v+1=0
二次Equationの公式:
次の場合: a=8,b=−8,c=1v1,2​=2⋅8−(−8)±(−8)2−4⋅8⋅1​​
v1,2​=2⋅8−(−8)±(−8)2−4⋅8⋅1​​
(−8)2−4⋅8⋅1​=42​
(−8)2−4⋅8⋅1​
指数の規則を適用する: n が偶数であれば (−a)n=an(−8)2=82=82−4⋅8⋅1​
数を乗じる:4⋅8⋅1=32=82−32​
82=64=64−32​
数を引く:64−32=32=32​
以下の素因数分解: 32:25
32
32232=16⋅2で割る =2⋅16
16216=8⋅2で割る =2⋅2⋅8
828=4⋅2で割る =2⋅2⋅2⋅4
424=2⋅2で割る =2⋅2⋅2⋅2⋅2
2 は素数なので, さらに因数分解はできない=2⋅2⋅2⋅2⋅2
=25
=25​
指数の規則を適用する: ab+c=ab⋅ac=24⋅2​
累乗根の規則を適用する: nab​=na​nb​=2​24​
累乗根の規則を適用する: nam​=anm​24​=224​=22=222​
改良=42​
v1,2​=2⋅8−(−8)±42​​
解を分離するv1​=2⋅8−(−8)+42​​,v2​=2⋅8−(−8)−42​​
v=2⋅8−(−8)+42​​:42+2​​
2⋅8−(−8)+42​​
規則を適用 −(−a)=a=2⋅88+42​​
数を乗じる:2⋅8=16=168+42​​
因数 8+42​:4(2+2​)
8+42​
書き換え=4⋅2+42​
共通項をくくり出す 4=4(2+2​)
=164(2+2​)​
共通因数を約分する:4=42+2​​
v=2⋅8−(−8)−42​​:42−2​​
2⋅8−(−8)−42​​
規則を適用 −(−a)=a=2⋅88−42​​
数を乗じる:2⋅8=16=168−42​​
因数 8−42​:4(2−2​)
8−42​
書き換え=4⋅2−42​
共通項をくくり出す 4=4(2−2​)
=164(2−2​)​
共通因数を約分する:4=42−2​​
二次equationの解:v=42+2​​,v=42−2​​
解答はv=21​,v=42+2​​,v=42−2​​
v=21​,v=42+2​​,v=42−2​​
再び v=u2に置き換えて以下を解く: u
解く u2=21​:u=21​​,u=−21​​
u2=21​
x2=f(a) の場合, 解は x=f(a)​,−f(a)​
u=21​​,u=−21​​
解く u2=42+2​​:u=22+2​​​,u=−22+2​​​
u2=42+2​​
x2=f(a) の場合, 解は x=f(a)​,−f(a)​
u=42+2​​​,u=−42+2​​​
42+2​​​=22+2​​​
42+2​​​
累乗根の規則を適用する:nba​​=nb​na​​,, 以下を想定 a≥0,b≥0=4​2+2​​​
4​=2
4​
数を因数に分解する:4=22=22​
累乗根の規則を適用する: nan​=a22​=2=2
=22+2​​​
−42+2​​​=−22+2​​​
−42+2​​​
簡素化 42+2​​​:22+2​​​
42+2​​​
累乗根の規則を適用する:nba​​=nb​na​​,, 以下を想定 a≥0,b≥0=4​2+2​​​
4​=2
4​
数を因数に分解する:4=22=22​
累乗根の規則を適用する: nan​=a22​=2=2
=22+2​​​
=−22+2​​​
u=22+2​​​,u=−22+2​​​
解く u2=42−2​​:u=22−2​​​,u=−22−2​​​
u2=42−2​​
x2=f(a) の場合, 解は x=f(a)​,−f(a)​
u=42−2​​​,u=−42−2​​​
42−2​​​=22−2​​​
42−2​​​
累乗根の規則を適用する:nba​​=nb​na​​,, 以下を想定 a≥0,b≥0=4​2−2​​​
4​=2
4​
数を因数に分解する:4=22=22​
累乗根の規則を適用する: nan​=a22​=2=2
=22−2​​​
−42−2​​​=−22−2​​​
−42−2​​​
簡素化 42−2​​​:22−2​​​
42−2​​​
累乗根の規則を適用する:nba​​=nb​na​​,, 以下を想定 a≥0,b≥0=4​2−2​​​
4​=2
4​
数を因数に分解する:4=22=22​
累乗根の規則を適用する: nan​=a22​=2=2
=22−2​​​
=−22−2​​​
u=22−2​​​,u=−22−2​​​
解答は
u=21​​,u=−21​​,u=22+2​​​,u=−22+2​​​,u=22−2​​​,u=−22−2​​​
代用を戻す u=cos(x)cos(x)=21​​,cos(x)=−21​​,cos(x)=22+2​​​,cos(x)=−22+2​​​,cos(x)=22−2​​​,cos(x)=−22−2​​​
cos(x)=21​​,cos(x)=−21​​,cos(x)=22+2​​​,cos(x)=−22+2​​​,cos(x)=22−2​​​,cos(x)=−22−2​​​
cos(x)=21​​:x=arccos(21​​)+2πn,x=2π−arccos(21​​)+2πn
cos(x)=21​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=21​​
以下の一般解 cos(x)=21​​cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(21​​)+2πn,x=2π−arccos(21​​)+2πn
x=arccos(21​​)+2πn,x=2π−arccos(21​​)+2πn
cos(x)=−21​​:x=arccos(−21​​)+2πn,x=−arccos(−21​​)+2πn
cos(x)=−21​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−21​​
以下の一般解 cos(x)=−21​​cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−21​​)+2πn,x=−arccos(−21​​)+2πn
x=arccos(−21​​)+2πn,x=−arccos(−21​​)+2πn
cos(x)=22+2​​​:x=arccos(22+2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22+2​​​)+2πn
cos(x)=22+2​​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=22+2​​​
以下の一般解 cos(x)=22+2​​​cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(22+2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22+2​​​)+2πn
x=arccos(22+2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22+2​​​)+2πn
cos(x)=−22+2​​​:x=arccos(−22+2​​​)+2πn,x=−arccos(−22+2​​​)+2πn
cos(x)=−22+2​​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−22+2​​​
以下の一般解 cos(x)=−22+2​​​cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−22+2​​​)+2πn,x=−arccos(−22+2​​​)+2πn
x=arccos(−22+2​​​)+2πn,x=−arccos(−22+2​​​)+2πn
cos(x)=22−2​​​:x=arccos(22−2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22−2​​​)+2πn
cos(x)=22−2​​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=22−2​​​
以下の一般解 cos(x)=22−2​​​cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(22−2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22−2​​​)+2πn
x=arccos(22−2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22−2​​​)+2πn
cos(x)=−22−2​​​:x=arccos(−22−2​​​)+2πn,x=−arccos(−22−2​​​)+2πn
cos(x)=−22−2​​​
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−22−2​​​
以下の一般解 cos(x)=−22−2​​​cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−22−2​​​)+2πn,x=−arccos(−22−2​​​)+2πn
x=arccos(−22−2​​​)+2πn,x=−arccos(−22−2​​​)+2πn
すべての解を組み合わせるx=arccos(21​​)+2πn,x=2π−arccos(21​​)+2πn,x=arccos(−21​​)+2πn,x=−arccos(−21​​)+2πn,x=arccos(22+2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22+2​​​)+2πn,x=arccos(−22+2​​​)+2πn,x=−arccos(−22+2​​​)+2πn,x=arccos(22−2​​​)+2πn,x=2π−arccos(22−2​​​)+2πn,x=arccos(−22−2​​​)+2πn,x=−arccos(−22−2​​​)+2πn
10進法形式で解を証明するx=0.78539…+2πn,x=2π−0.78539…+2πn,x=2.35619…+2πn,x=−2.35619…+2πn,x=0.39269…+2πn,x=2π−0.39269…+2πn,x=2.74889…+2πn,x=−2.74889…+2πn,x=1.17809…+2πn,x=2π−1.17809…+2πn,x=1.96349…+2πn,x=−1.96349…+2πn

グラフ

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