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在指定区间解三角方程

计算器给出一个角,很容易就以为题目已经做完了。

本页内容
  1. 怎样由一个角构造出所有解?
  2. 例题详解
  3. 要留意的错误
  4. 自我检测
  5. 下一步

要在某个区间内解三角方程,先用计算器求出一个基本角(basic angle),再用正负号选出答案所在的象限(quadrant),最后写出区间内的每一个角。只要题目写着”解 0° ≤ x ≤ 360°“,就会用到这项技能。

这是三角方程与图像的起点。它依赖你学过的精确值和图像形状,也支撑本单元后面的每一课。

怎样由一个角构造出所有解?

先把三角函数单独留在一边,使方程变成 sin x = k、cos x = k 或 tan x = k。然后按以下步骤:

  1. 求基本角。 不管 k 的正负号,对它的绝对值求反函数,得到一个锐角 α。
  2. 决定象限。 看 k 的正负号。正弦在第 1、2 象限为正,余弦在第 1、4 象限为正,正切在第 1、3 象限为正。
  3. 构造角度。 第 1 象限是 α,第 2 象限是 180° − α,第 3 象限是 180° + α,第 4 象限是 360° − α。
  4. 只保留区间内的角。 需要时加减 360°,超出范围就停止。

对 sin 和 cos,每个周期内的两个答案关于某条线对称;对 tan,两个答案刚好相差 180°。

例题详解

解 3 sin x + 1 = 0,范围 0° ≤ x ≤ 360°。

第一步,整理: 3 sin x = −1,所以 sin x = −1/3。

第二步,基本角: α = sin⁻¹(1/3) = 19.47°(保留 2 位小数)。

第三步,象限: sin x 为负,所以 x 在第 3 或第 4 象限。

第四步,构造: x = 180° + 19.47° = 199.47°,x = 360° − 19.47° = 340.53°。

答案: x = 199.5° 和 340.5°(保留 1 位小数)。

检查: sin 199.47° ≈ −0.3333,sin 340.53° ≈ −0.3333。两个角都在区间内;画出 y = sin x,会看到直线 y = −1/3 在 0° 到 360° 之间与曲线相交两次。

要留意的错误

常见的失误是输入 sin⁻¹(−1/3),然后就停在计算器的答案。

错误答案: x = −19.5°

这个角的正弦确实等于 −1/3,但它不在 0° ≤ x ≤ 360° 内,所以不是有效答案;另一个解也漏掉了。

改正的方法是只把计算器的角当作线索。取 α = 19.47°,由负号判断象限,再构造区间内的两个角。你也可以把 −19.47° 加上 360°,得到 340.53°,与第 4 象限的结果一致。

自我检测

除非是精确值,答案保留 1 位小数。

1. 解 cos x = 0.3,范围 0° ≤ x ≤ 360°。

查看答案

余弦为正,所以是第 1、4 象限。α = cos⁻¹(0.3) = 72.54°。两个角是 72.54° 和 360° − 72.54° = 287.46°。

x = 72.5° 和 287.5°

2. 解 tan x = −2,范围 0° ≤ x ≤ 360°。

查看答案

正切为负,所以是第 2、4 象限。α = tan⁻¹(2) = 63.43°。第 2 象限:180° − 63.43° = 116.57°。第 4 象限:360° − 63.43° = 296.57°。

x = 116.6° 和 296.6°

3. 解 2 sin x = √3,范围 0 ≤ x ≤ 2π,答案用精确值表示。

查看答案

sin x = √3/2,这是 π/3 的精确值。正弦为正,所以是第 1、2 象限:x = π/3,x = π − π/3 = 2π/3。

x = π/3 和 2π/3

下一步

接下来追踪相位移与周期,看方程背后的图像如何变化。当函数里面不只是 x 时,请学习变量代换后找出所有根。三角形与方位角推理板让你练习先选关系再计算,无计算器运算训练则帮你保持精确值的熟练。

如果你看得懂这里的方法,但在考试压力下仍会漏解,我们的老师可以在附加数学线上一对一补习中检查你的演算过程。

常见问题

为什么计算器解 sin x = 0.4 只给一个答案?

计算器给出的是主值,也就是某个有限范围内的一个角。正弦曲线在 0° 到 360° 之间不止一次取到 0.4,所以要用图像或象限规则找另一个角,也就是 180° 减去主值。

如果计算器给出负角度怎么办?

把它当作线索,而不是答案。取它的正值作为基本角,再用比值的正负决定象限,在指定区间内构造角度。例如 tan x = −2,计算器显示 −63.4°,基本角就是 63.4°。

答案应该用度还是弧度?

用题目区间所用的单位。区间用度表示就答度;若区间带有 π,就用弧度作答,标准值写精确形式。请查看最新的 0606 规格,确认你所考年份的计算器与精确度规定。

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下一步

如果每道三角方程你仍然会漏掉第二个或第三个解,一对一的老师可以看出你跳过了哪一步,帮你建立每次都能抓住它的习惯。

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