תנאי קיום ופתרון בסיסי של משוואות טריגונומטריות

30%
📖שיעור
50 דקות

תנאי קיום ופתרון בסיסי של משוואות טריגונומטריות

בשיעור זה נאפיין את קבוצת התמונות של הפונקציות הטריגונומטריות, נקבע מתי למשוואה יש פתרון, ונכתוב את הפתרון הכללי של sinx=a,cosx=b\sin x = a, \cos x = b ו-tanx=c\tan x = c.

תנאי קיום ופתרון בסיסי של משוואות טריגונומטריות

מבוא

מטרות השיעור

  • לאפיין את קבוצת התמונות של , ו-.
  • לקבוע מתי למשוואה או יש פתרון, ומדוע פתירה תמיד.
  • לכתוב את הפתרון הכללי של משוואה טריגונומטרית בעזרת (לסינוס/קוסינוס) או (לטנגנס).

לפני שפותרים משוואה כדאי לשאול: האם בכלל יש פתרון? התשובה תלויה בקבוצת התמונות של הפונקציה.


הרעיון המרכזי

תנאי קיום פתרון

  • פתירה אם ורק אם (כלומר ).
  • פתירה אם ורק אם .
  • פתירה עבור כל מספר ממשי c, כי קבוצת התמונות של הטנגנס היא כל הממשיים.

הסיבה: על מעגל היחידה, גם שיעור ה-x (קוסינוס) וגם שיעור ה-y (סינוס) נעים רק בין -1 ל-1.

צורת הפתרון הכללי

לאחר שמצאנו פתרון בסיסי אחד, מוסיפים את המחזוריות:

  • סינוס: או , כאשר פתרון בסיסי.
  • קוסינוס: .
  • טנגנס: (מחזור , לא !).

בכל המקרים k הוא מספר שלם כלשהו.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: בדיקת קיום פתרון

האם למשוואות sinx=0.8\sin x = 0.8 ו-cosx=1.5\cos x = 1.5 יש פתרון?

1

שלב 1 — תנאי הסינוס

צריך 0.81|0.8| \le 1. אכן 0.810.8 \le 1, ולכן ל-sinx=0.8\sin x = 0.8 יש פתרון.
נכון או לא נכון

נכון או לא נכון: למשוואה tanx=5\tan x = 5 יש פתרון.

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

עבור איזה ערך של m למשוואה sinx=m1\sin x = m - 1 אין אף פתרון?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: פתרון כללי של משוואת סינוס

פתרו: sinx=12\sin x = \frac{1}{2}

1

שלב 1 — בדיקת קיום

121|\frac{1}{2}| \le 1, יש פתרון.
נכון או לא נכון

נכון או לא נכון: למשוואה sinx=2\sin x = 2 יש פתרון.

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: פתרון כללי של משוואת קוסינוס

פתרו: cosx=32\cos x = \frac{\sqrt{3}}{2}

1

שלב 1 — בדיקת קיום

321|\frac{\sqrt{3}}{2}| \le 1, יש פתרון.
בדיקה מהירה

מהו הפתרון הכללי של המשוואה cosx=12\cos x = \frac{1}{2}?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: פתרון כללי של משוואת טנגנס

פתרו: tanx=3\tan x = \sqrt{3}

1

שלב 1 — קיום

לטנגנס אין הגבלה — תמיד יש פתרון.

דוגמה 5: ספירת פתרונות בתחום

כמה פתרונות יש ל-sinx=12\sin x = \frac{1}{2} בתחום [0,2π)[0, 2\pi )?

1

שלב 1 — פתרון כללי

x=π6+2πkx = \frac{\pi }{6} + 2\pi k או x=5π6+2πkx = \frac{5\pi }{6} + 2\pi k.

טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מניחים שלכל משוואת סינוס/קוסינוס יש פתרון

טעות: מנסים לפתור .

נכון: |2| > 1, ולכן אין פתרון.

למה זה קורה?

שוכחים שקבוצת התמונות מוגבלת לקטע [−1, 1].

איך מתקנים?

לפני הפתרון בדקו את התנאי: sinx=a\sin x = a או cosx=a\cos x = a פתירה רק כאשר a1|a| \le 1. אחרת — אין פתרון.

טעות נפוצה: מוסיפים 2πk2\pi k למשוואת טנגנס

טעות:

נכון:

למה זה קורה?

מתרגלים להוסיף 2πk2\pi k מסינוס וקוסינוס, ולא שמים לב שמחזור הטנגנס שונה.

איך מתקנים?

מחזור הטנגנס הוא π\pi. לכן הפתרון הכללי הוא x=α+πkx = \alpha + \pi k, ולא +2πk+ 2\pi k. הוספת 2πk2\pi k בלבד מחמיצה מחצית מהפתרונות.

טעות נפוצה: רושמים רק משפחת פתרונות אחת לסינוס

טעות: בלבד.

נכון: גם .

למה זה קורה?

מוצאים פתרון בסיסי אחד ומפסיקים, בלי המשפחה השנייה.

איך מתקנים?

ל-sinx=a\sin x = a יש בדרך כלל שתי משפחות: x=α+2πkx = \alpha + 2\pi k וגם x=πα+2πkx = \pi - \alpha + 2\pi k. שתיהן נחוצות (אלא אם a=±1a = \pm 1, ואז הן מתלכדות).

טעות נפוצה: מבלבלים בין סימטריית הסינוס לסימטריית הקוסינוס

למה זה קורה?

משתמשים ב-±α(\pm \alpha (של הקוסינוס) עבור סינוס, או ב-πα(\pi -\alpha (של הסינוס) עבור קוסינוס.

איך מתקנים?

קוסינוס זוגי → הפתרון הוא ±α+2πk\pm \alpha + 2\pi k. סינוס → הפתרון השני הוא πα+2πk\pi - \alpha + 2\pi k.

סיכום

מה למדנו?

  • תנאי קיום: ו- פתירות רק כאשר הערך בקטע [-1,1]; פתירה תמיד.
  • פתרון כללי לסינוס: או .
  • פתרון כללי לקוסינוס: .
  • פתרון כללי לטנגנס: (מחזור ).

תמיד התחילו בשאלה "האם יש פתרון?", ורק אז כתבו את הפתרון הכללי המלא.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי לתרגל בדיקת קיום וכתיבת הפתרון הכללי של משוואות בסיסיות.

תרגול