Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2111
i

Дана функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус ax ко­си­нус x.

а)  Пусть a=2. Ре­ши­те урав­не­ние \dfracf левая круг­лая скоб­ка 3x пра­вая круг­лая скоб­ка f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =1.

б)  Най­ди­те все a, при ко­то­рых  при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx\geqslant0.

в)  Пусть xa  — бли­жай­ший к  дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i2 ко­рень урав­не­ния f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = синус x. Най­ди­те наи­мень­шее зна­че­ние \left|x_a минус дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i2 |.

г)  Най­ди­те все a, при ко­то­рых f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: конец дроби 2 ко­рень из 2 при всех x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i4; дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i3 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  За­пи­шем урав­не­ние в виде  дробь: чис­ли­тель: ко­си­нус 6x ко­си­нус 3x, зна­ме­на­тель: ко­си­нус 2x ко­си­нус x конец дроби =1 и пре­об­ра­зу­ем его:

 ко­си­нус 6x ко­си­нус 3x= ко­си­нус 2x ко­си­нус x рав­но­силь­но 2 ко­си­нус 6x ко­си­нус 3x=2 ко­си­нус 2x ко­си­нус x рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 6x плюс 3x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 6x минус 3x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 2x плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 2x минус x пра­вая круг­лая скоб­ка рав­но­силь­но

 рав­но­силь­но ко­си­нус 9x плюс ко­си­нус 3x= ко­си­нус 3x плюс ко­си­нус x рав­но­силь­но ко­си­нус 9x= ко­си­нус x рав­но­силь­но 9x=\pm x плюс 2 Пи k,

где k при­над­ле­жит Z . Зна­чит, либо 10x=2 Пи k рав­но­силь­но x= дробь: чис­ли­тель: Пи k, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби , либо 8x=2 Пи k рав­но­силь­но x= дробь: чис­ли­тель: Пи k, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби . При этом, од­на­ко,  ко­си­нус 2x ко­си­нус x не долж­но об­ну­лять­ся. Для чисел из пер­во­го на­бо­ра это по­лу­чит­ся само. А вот для вто­ро­го на­бо­ра нужно разо­брать­ся по­дроб­нее. Если k не­чет­но, то  ко­си­нус 2x=0. Если k четно, но не крат­но 4, то  ко­си­нус x=0. По­это­му сле­ду­ет оста­вить толь­ко k крат­ные че­ты­рем, что даст от­ве­ты x= Пи n. Но все эти от­ве­ты и так есть в пер­вом на­бо­ре.

б)  Вы­чис­лим этот ин­те­грал. Сразу за­ме­тим, что от смены знака у a функ­ция не из­ме­нит­ся, так что a можно счи­тать не­от­ри­ца­тель­ным. Най­дем:

 при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx= при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка ко­си­нус ax ко­си­нус x dx= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус ax ко­си­нус x dx =
= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка ax плюс x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка ax минус x пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка dx= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби при­над­ле­жит t\limits_0 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка x плюс ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка a минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx .

Раз­бе­рем сразу слу­чай a=1. Оно под­хо­дит, по­сколь­ку для него подын­те­граль­ная функ­ция имеет вид  ко­си­нус в квад­ра­те x боль­ше или равно 0. При всех про­чих a можно вы­чис­лить этот ин­те­грал по общей фор­му­ле:

\dvpod дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка x плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби синус левая круг­лая скоб­ка a минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка x0 Пи = дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби минус 0 минус 0=

= дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a Пи минус Пи пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a Пи плюс Пи пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби =
= дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи , зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби = синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a плюс 1 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: a минус 1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 2a, зна­ме­на­тель: a в квад­ра­те минус 1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

При a=0 это 0. При a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , по­лу­ча­ем  левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка Пи ; 2 Пи пра­вая круг­лая скоб­ка , по­это­му  синус левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи мень­ше 0 и  дробь: чис­ли­тель: 2a, зна­ме­на­тель: a в квад­ра­те минус 1 конец дроби мень­ше 0, не­ра­вен­ство вы­пол­не­но. При a боль­ше 1 вто­рой мно­жи­тель по­ло­жи­те­лен и по­лу­ча­ем не­ра­вен­ство  синус левая круг­лая скоб­ка a плюс Пи боль­ше или равно 0, от­ку­да

 левая круг­лая скоб­ка a плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 2k Пи ; левая круг­лая скоб­ка 2k плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка рав­но­силь­но a плюс 1 при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 2k; 2k плюс 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка рав­но­силь­но a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 2k минус 1; 2k пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

В част­но­сти, пер­вый под­хо­дя­щий от­ре­зок это  левая круг­лая скоб­ка 1; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и он смы­ка­ет­ся с уже по­лу­чен­ны­ми от­ве­та­ми a=0, a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; 1 пра­вая круг­лая скоб­ка и a=1. Окон­ча­тель­но,

a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус 2n минус 2; минус 2n минус 1 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка \cup левая квад­рат­ная скоб­ка минус 2; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка \cup левая квад­рат­ная скоб­ка 2n плюс 1; 2n плюс 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ,

ин­дек­сы сдви­ну­ты, чтобы от­ре­зок [1; 2] не вклю­чил­ся в ответ по­втор­но.

в)  Рас­смот­рим урав­не­ние  ко­си­нус ax ко­си­нус x= синус x. За­ме­тим, что при  ко­си­нус x=0 это урав­не­ние вы­пол­нять­ся не может, по­это­му можно пе­ре­пи­сать урав­не­ние в виде  ко­си­нус ax= дробь: чис­ли­тель: синус x, зна­ме­на­тель: ко­си­нус x конец дроби или  ко­си­нус ax= тан­генс x. По­сколь­ку \abs ко­си­нус ax мень­ше или равно 1, то и \abs тан­генс x мень­ше или равно 1. Бли­жай­шая к  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби точка с таким свой­ством это  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби или  дробь: чис­ли­тель: 3 Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби (рас­сто­я­ние от них до  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби оди­на­ко­во и равно \left дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка . Оста­лось вы­брать под­хо­дя­щее a. На­при­мер при a=8 число x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби будет кор­нем урав­не­ния  ко­си­нус ax= тан­генс x. Итак, наи­мень­шее зна­че­ние \left|x_a минус дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i2 | равно  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

г)  Как и в пунк­те б будем счи­тать, что a не­от­ри­ца­тель­на. Для на­ча­ла от­ме­тим, что если a боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , то ax при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус a дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i4; a дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i3 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , при­чем  минус a дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i4 мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби мень­ше или равно a дробь: чис­ли­тель: зна­ме­на­тель: p конец дроби i3, то есть можно вы­брать такое x при ко­то­ром ax= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби и f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =0. Зна­чит, a мень­ше дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Далее, по­сколь­ку функ­ция четна (как про­из­ве­де­ние двух чет­ных), можно рас­смат­ри­вать толь­ко по­ло­жи­тель­ные зна­че­ния x. При по­ло­жи­тель­ных x и a мень­ше дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби по­лу­чим ax при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , по­это­му функ­ции  ко­си­нус ax и  ко­си­нус x (а с ними и их про­из­ве­де­ние) на всем от­рез­ке убы­ва­ют и по­ло­жи­тель­ны. По­это­му до­ста­точ­но про­ве­рить не­ра­вен­ство толь­ко при самом боль­шом зна­че­нии x. Под­ста­вим x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , по­лу­чим

 ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: a Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: a Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: a Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби боль­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та конец дроби рав­но­силь­но ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: a Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби боль­ше или равно ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

По­сколь­ку речь сей­час идет об углах пер­вой чет­вер­ти и  ко­си­нус x  — убы­ва­ю­щая функ­ция для таких

углов, не­ра­вен­ство рав­но­силь­но  дробь: чис­ли­тель: a Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби или a мень­ше или равно дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

Итак, из по­ло­жи­тель­ных чисел под­хо­дят a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка . Ясно, что a=0 тоже под­хо­дит, по­сколь­ку на всем ука­зан­ном про­ме­жут­ке

 ко­си­нус 0x ко­си­нус x= ко­си­нус x боль­ше или равно ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби боль­ше дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 2 конец ар­гу­мен­та конец дроби .

По­это­му окон­ча­тель­ный ответ: a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

 

Ответ: а)  левая фи­гур­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи k, зна­ме­на­тель: 5 конец дроби : k при­над­ле­жит Z пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ; б) a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус 2; 2 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка или |a| при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка 2n минус 1; 2n пра­вая квад­рат­ная скоб­ка , n\geqslant2; в)  дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; г)  левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .


Задание парного варианта: 2106

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 1998 год, ва­ри­ант 2
? Классификатор: Три­го­но­мет­ри­че­ские не­ра­вен­ства, Три­го­но­мет­ри­че­ские урав­не­ния , Урав­не­ния с па­ра­мет­ром
?
Сложность: 11 из 10