Risoluzione di un'equazione goniometrica con un po' di coseni

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Risoluzione di un'equazione goniometrica con un po' di coseni #859

avt
ely
Cerchio
Ciao ragazzi potreste darmi una mano a risolvere questa equazione goniometrica? È piena di coseni e non so che fare e non so dove mettere le mani. Devo forse usare le formule di prostaferesi?

Calcolare le soluzioni della seguente equazione goniometrica!

cos(2x)+cos(3x)+cos(4x)+cos(5x) = 0

Vi ringrazio.
 
 

Risoluzione di un'equazione goniometrica con un po' di coseni #862

avt
frank094
Sfera
Per ricavare le soluzioni dell'equazione goniometrica

cos(2x)+cos(3x)+cos(4x)+cos(5x) = 0

bisogna avvalersi delle formule di prostaferesi, in particolare la regola relativa alla somma di coseni

cos(α)+cos(β) = 2cos((α+β)/(2))cos((α-β)/(2))

dove α e β sono due numeri reali qualsiasi.

Per fare in modo che non compaiano frazioni negli argomenti, applichiamo intelligentemente la precedente formula alla somma:

 cos(4x)+cos(2x) = 2cos((2x+4x)/(2))cos((4x-2x)/(2)) = 2cos(3x)cos(x)

e alla somma

 cos(5x)+cos(3x) = 2cos((5x+3x)/(2))cos((5x-3x)/(2)) = 2cos(4x)cos(x)

Sostituendo le espressioni ottenute, l'equazione data diventa

2cos(x)cos(3x)+2cos(4x)cos(x) = 0

Mettiamo in evidenza il fattore comune 2cos(x)

2cos(x)[cos(3x)+cos(4x)] = 0

e applichiamo nuovamente la formula di prostaferesi alla somma di coseni all'interno delle parentesi quadre.

 2cos(x)[2cos((3x+4x)/(2))cos((3x-4x)/(2))] = 0 ; 2cos(x)[2cos((7x)/(2))cos(-(x)/(2))] = 0

da cui, cancellando la coppia di parentesi ormai superflua

4cos(x)cos((7x)/(2))cos(-(x)/(2)) = 0

Facciamo intervenire la legge di annullamento del prodotto, la quale garantisce che il prodotto al primo membro è nullo se e solo se sussiste almeno una delle equazioni

 cos(x) = 0 ; cos((7x)/(2)) = 0 ; cos(-(x)/(2)) = 0

Esse sono tutte equazioni goniometriche elementari in coseno, che possiamo risolvere ricordando i valori notevoli della funzione goniometrica: il coseno di un angolo è zero se e solo se l'angolo vale

(π)/(2)+kπ con k∈Z

Grazie a questa osservazione dall'equazione

cos(x) = 0

ricaviamo la prima famiglia di soluzioni

x = (π)/(2)+kπ con k∈Z

Dalla relazione

cos((7x)/(2)) = 0

ricaviamo l'equazione di primo grado nell'incognita x

(7x)/(2) = (π)/(2)+kπ con k∈Z

da cui moltiplicando i due membri per (2)/(7) otteniamo

 x = (2)/(7)((π)/(2)+kπ) ; x = (π)/(7)+(2kπ)/(7) con k∈Z

Infine dalla relazione

cos(-(x)/(2)) = 0

otteniamo l'equazione nell'incognita x

-(x)/(2) = (π)/(2)+kπ

da cui

x = -π-2kπ

In definitiva, le famiglie di valori che soddisfano l'equazione goniometrica

cos(2x)+cos(3x)+cos(4x)+cos(5x) = 0

sono

 x = (π)/(2)+kπ ; x = (π)/(7)+(2kπ)/(7) ; x = -π-2kπ

al variare di k nell'insieme dei numeri interi.

Abbiamo terminato!
Ringraziano: Omega, ely
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Os