70 Bài tập về một số phương trình lượng giác thường gặp (có đáp án năm 2024) - Toán 11

Bài giảng Toán 11 Bài 3: Một số phương trình lượng giác thường gặp (T1)

Bài giảng Toán 11 Bài 3: Một số phương trình lượng giác thường gặp (T2)

Kiến thức cần nhớ

I. Phương  trình bậc nhất đối với một hàm số lượng giác

1. Định nghĩa.

Phương trình bậc nhất đối với một hàm số lượng giác là phương trình có dạng:

at + b =  0   (1)

Trong đó; a, b là các hằng số (a ≠ 0) và t là một trong các hàm số lượng giác.

- Ví dụ 1.

a) – 3sinx + 8 = 0 là phương trình bậc nhất đối với sinx.

b) 6cotx + 10 = 0 là phương trình bậc nhất đối với cotx.

2. Cách giải

Chuyển vế rồi chia hai vế của phương trình (1) cho a, ta đưa phương trình (1) về phương trình lượng giác cơ bản.

- Ví dụ 2. Giải các phương trình sau:

Lời giải:

a) Từ 2sinx – 4 = 0, chuyển vế ta có: 2sinx = 4 (2)

Chia 2 vế của phương trình (2) cho 2, ta được: sinx = 2.

Vì 2 > 1 nên phương trình đã cho vô nghiệm.

b) Từ $3\tan x-\sqrt{3}=0$, chuyển vế ta có: $3\tan x=\sqrt{3}$ (3)

Chia cả 2 vế của phương trình (3) cho ta được: $\tan x=\frac{\sqrt{3}}{3}$.

$$\begin{gathered} \iff \tan x=\tan \frac{\pi }{6} \\ \iff x=\frac{\pi }{6}+\text{\hspace{0.17em}}k\pi ;k\in \mathbb{Z} \end{gathered}$$

3. Phương trình đưa về phương trình bậc nhất đối với một hàm số lượng giác.

- Phương pháp:

Sử dụng các công thức biến đổi lượng giác đã được học để đưa về phương trình bậc nhất đối với hàm số lượng giác hoặc đưa về phương trình tích để giải phương trình.

- Ví dụ 3. Giải các phương trình:

a) sin2x – cosx = 0;

b) – 4sinx. cosx. cos2x = 1.

Lời giải:

a) Ta có: sin2x – cosx = 0

2sinx. cosx – cosx = 0

cosx. (2sinx – 1) = 0

Vậy phương trình đã cho có các nghiệm là: $x=\frac{\pi }{2}+k\pi$; $x=\frac{\pi }{6}+k2\pi$ và $x=\frac{5\pi }{6}+k2\pi ;k\in \mathbb{Z}$.

II. Phương trình bậc hai đối với một hàm số lượng giác

1. Định nghĩa.

Phương trình bậc hai đối với một hàm số lượng giác là phương trình có dạng:

at² + bt + c = 0

Trong đó a; b; c là các hằng số (a ≠ 0) và t là một trong các hàm số lượng giác.

- Ví dụ 4.

a) 3cos²x – 5cosx + 2 = 0 là phương trình bậc hai đối với cosx.

b) – 10tan²x + 10tanx = 0 là phương trình bậc hai đối với tanx.

2. Cách giải.

Đặt biểu thức lượng giác làm ẩn phụ và đặt điều kiện cho ẩn phụ (nếu có) rồi giải phương trình theo ẩn phụ này.

Cuối cùng ta đưa về việc giải các phương trình lượng giác cơ bản.

- Ví dụ 5. Giải phương trình: 2cos²x – 4 cosx = 0.

Lời giải:

Đặt t = cosx với điều kiện: – 1 ≤ t ≤ 1 .

Ta được phương trình bậc hai ẩn t là: 2t² – 4t = 0 $\iff \left[\begin{array}{c}t=0\\ t=2\end{array}\right.$

Trong hai nghiệm này chỉ có nghiệm t = 0 thỏa mãn.

Với t = 0 thì cos x = 0

$\iff x=\frac{\pi }{2}+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$

Vậy phương trình đã cho có nghiệm là $x=\frac{\pi }{2}+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$.

3. Phương trình đưa về dạng phương trình bậc hai đối với một hàm số lượng giác.

- Phương pháp:

Sử dụng các công thức lượng giác đã học để biến đổi đưa về dạng phương trình bậc hai đối với một hàm số lượng giác.

- Ví dụ 6. Giải phương trình 3sin²x – 6cosx – 3 = 0.

Lời giải:

Vì sin²x = 1 – cos²x nên phương trình đã cho tương đương:

3(1 – cos²x) – 6cosx – 3 = 0

– 3cos² x – 6cosx = 0  (*)

Đăt t = cosx với điều kiện: – 1 ≤ t ≤ 1 , phương trình (*) trở thành:

– 3t² – 6t = 0 $\iff \left[\begin{array}{c}t=0\\ t=-2\end{array}\right.$.

Trong hai nghiệm này, chỉ có nghiệm t = 0 thỏa mãn.

Với t = 0 thì; cosx = 0 $v\iff x=\frac{\pi }{2}+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$.

Vậy phương trình đã cho có nghiệm là $x=\frac{\pi }{2}+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$.

- Ví dụ 7. Giải phương trình: sin²x – 3sinx. cosx + 2cos²x = 0  (1).

Lời giải:

+ Nếu cosx = 0 thì sin²x = 1 nên phương trình (1) có :

VT(1) = 1 và VP(1) = 0

Suy ra, cos x = 0 không thỏa mãn phương trình (1) . Vậy cosx ≠ 0.

+ Vì cosx ≠ 0 nên chia hai vế của phương trình (1) cho cos² x, ta được:

tan²x – 3tanx + 2 = 0  (2)

Đặt t = tanx, phương trình (2) trở thành: t² – 3t + 2 =  0

Vậy phương trình đã cho có các nghiệm là

III. Phương trình bậc nhất đối với sinx và cosx.

1. Công thức biến đổi biểu thức a.sinx + b.cosx

Ta có công thức biến đổi sau:

$$\begin{gathered} a\sin x+\text{\hspace{0.17em}}b.c\text{osx \hspace{0.17em}=} \\ \sqrt{a{}_2+\text{\hspace{0.17em}\hspace{0.17em}}{b}^2}.\sin (x+\text{}\alpha ) \left(1\right) \end{gathered}$$

Trong đó; 

$$\begin{gathered} \text{cos}\alpha \text{ \hspace{0.17em}= \hspace{0.17em}\hspace{0.17em}}\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}}; \\ \sin \alpha =\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}} \end{gathered}$$

2. Phương trình dạng: asinx + b.cosx = c.

Xét phương trình: asinx + bcosx = c  (2)

Với a; b; c ; a, b không đồng thời bằng 0.

- Nếu a = 0 ; b ≠ 0 hoặc a ≠ 0; b = 0 phương trình (2) có thể đưa ngay về phương trình lượng giác cơ bản.

- Nếu a ≠ 0; b ≠ 0, ta áp dụng công thức (1).

Ví dụ 8. Giải phương trình: $\sqrt{3}\sin x-c\text{osx = \hspace{0.17em}}2$.

Lời giải:

Theo công thức (1) ta có:

Các dạng bài toán về một số phương trình lượng giác thường gặp

Dạng 1: Phương trình thuần nhất đối với sin x và cos x.

Dạng 2: Phương trình đẳng cấp bậc hai, bậc ba.

Dạng 3: Phương trình đối xứng.

Bài tập tự luyện

1. Bài tập vận dụng

Bài 1. Giải các phương trình sau:

Lời giải:

Vậy các nghiệm của phương trình đã cho là

Trong hai nghiệm thì chỉ có nghiệm t = 1 thỏa mãn.

Với t = 1 thì sinx = 1$\iff x=\frac{\pi }{2}+\text{\hspace{0.17em}}k2\pi ;k\in \mathbb{Z}$ .

Đặt t = tan x (với t ≠ 0), phương trình (3) trở thành:

Bài 2. Giải các phương trình:

a) 2sin² x + 2sinx. cosx – 4cos²x = 0;

b) 3sin²x + sin2x + 3cos²x = 2.

Lời giải:

a) 2sin² x + 2sinx. cosx – 4cos²x = 0   (1)

+ Nếu cosx = 0 thì sin²x = 1 nên phương trình (1) có :

VT(1) = 2 và VP(1) = 0

Suy ra, cos x = 0 không thỏa mãn phương trình (1) . Vậy cosx ≠ 0.

+ Vì cosx ≠ 0 nên chia hai vế của phương trình (1) cho cos² x, ta được:

2tan²x + 2tanx – 4 = 0  (2)

Đặt t = tanx, phương trình (2) trở thành: 2t² + 2t – 4 =  0

$\iff \left[\begin{array}{c}t=1\\ t=-2\end{array}\right.$

Với t = 1 thì tanx = 1 $\iff x=\frac{\pi }{4}+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$.

Với t = –2 thì tanx = – 2$\iff x=\arctan \left(-2\right)+k\pi ;k\in \mathbb{Z}$

Vậy phương trình đã cho có các nghiệm là

+ Nếu cosx = 0 thì sin²x = 1 nên phương trình (2) có :

VT(2) = 3 và VP(2) = 2

Suy ra, cos x = 0 không thỏa mãn phương trình (2) . Vậy cosx ≠ 0.

+ Vì cosx ≠ 0 nên chia hai vế của phương trình (2) cho cos² x, ta được:

Đặt t = tanx, phương trình (3) trở thành:

Bài 3. Giải các phương trình sau:

Lời giải:

a) Ta có:

Vì  $\frac{4}{\sqrt{13}}$> 1 nên phương trình (1) vô nghiệm.

Vậy phương trình đã cho vô nghiệm.

Bài 4. Giải phương trình: 

$$\begin{gathered} \sin 2x-\sqrt{3}\cos x=\sin x \\ -\sqrt{3}\text{cos2x} \end{gathered}$$

Lời giải:

Vậy nghiệm của phương trình là

 $$\begin{gathered} x=k2\pi ;x=\frac{\pi }{9}+\frac{k2\pi }{3} \\ \left(k\in \mathbb{Z}\right) \end{gathered}$$

Bài 5: Giải các phương trình lượng giác sau:

a) sinx = sin(π/6)        c) tanx – 1 = 0

b) 2cosx = 1.        d) cotx = tan2x.

Hướng dẫn:

a) sin⁡x = sin⁡π/6

b)

c) tan⁡x=1⇔cos⁡x= π/4+kπ (k ∈ Z)

d) cot⁡x=tan⁡2x

Bài 6: Giải các phương trình lượng giác sau:

a) cos² x - sin2x =0.

b) 2sin(2x – 40º) = √3

Hướng dẫn:

a) cos²x-sin²x=0 ⇔cos²x-2 sin⁡x cos⁡x=0

        ⇔ cos⁡x (cos⁡x - 2 sin⁡x )=0

b) 2 sin⁡(2x-40º )=√3

⇔ sin⁡(2x-40º )=√3/2

Bài 7: Giải các phương trình lượng giác sau:

Hướng dẫn:

a) sin⁡(2x+1)=cos⁡(3x+2)

b)

⇔ sin⁡x+1=1+4k

⇔ sin⁡x=4k (k ∈ Z)

Nếu |4k| > 1⇔|k| > 1/4; phương trình vô nghiệm

Nếu |4k| ≤ 1 mà k nguyên ⇒ k = 0 .Khi đó:

        ⇔sin⁡x = 0 ⇔ x = mπ (m ∈ Z)

Bài 8: 1/(sin² x)+tanx-1=0

Lời giải:

Bài 9: cosx – sin2x = 0

Lời giải:

Bài 10: cos2x + cosx – 2 = 0

Lời giải:

Bài 11: Giải phương trình sau: cos²x – sin2x = 0.

Bài 12: Giải phương trình sau: sin3x - √3 cos3x = 2sin2x.

Xem thêm các dạng bài tập hay, có đáp án:

500 Bài tập Toán 11 chương 1: Hàm số lượng giác và phương trình lượng giác (có đáp án năm 2024)

150 Bài tập về hàm số lượng giác (có đáp án năm 2024) - Toán 11

100 Bài tập về phương trình lượng giác cơ bản (có đáp án năm 2023) - Toán 11

70 Bài tập về đạo hàm của hàm số lượng giác (có đáp án năm 2024) - Toán 11

90 Bài tập giá trị lượng giác của một góc từ 0 độ đến 180 độ (có đáp án năm 2024) - Toán 10