Cómo resolver la ecuación [matemáticas] \ cos (3x) + \ cos (x) = 0 [/ matemáticas]

cos (3x) + cos (x) = 0;
o, cos (3x) = -cos (x) = cos (x + nπ / 2), donde n es un entero impar
{Esto se hizo porque el coseno es negativo ($) en los cuadrantes II y IV}

Ahora comparando,
3x = x + nπ / 2;
o, x = nπ / 4 donde n es un número entero impar.

$ Solo en caso de que tenga problemas para recordar qué función trigonométrica es negativa o positiva en cuál de los cuatro cuadrantes diferentes.

Coseno = Base / Hipotenusa

Entonces, en el primer cuadrante, un punto C será positivo. Su proyección en los ejes xey será positiva. La base será la proyección en el eje x y la hipotenusa también será positiva. Por lo tanto, Cosine será positivo.

Sin embargo, en el cuadrante II, un punto D tendrá una proyección negativa en el eje x, haciendo que el valor de Base sea negativo. La hipotenusa será positiva y el valor del coseno también será negativo.

En el tercer cuadrante, tanto el valor de la base como la hipotenusa serán negativos, lo que hará que el valor del coseno sea positivo.

En el IV cuadrante, nuevamente el valor de la hipotenusa será negativo y el valor de la base será positivo, convirtiendo el valor del coseno en negativo.

Aquellos de nosotros que somos menos expertos todavía podemos obtener respuestas utilizando un software disponible. Aquí uso la biblioteca de sympy de Python para obtener un diagrama.


Como podría esperarse, la función es periódica con un intervalo de [math] 2 \ pi [/ math]. Para ver más detalles, trazo nuevamente.


Aunque este gráfico engaña a mis ojos, una inspección más cuidadosa indica que las raíces ocurren en los múltiplos de [math] \ frac {\ pi} {4} [/ math] que otros han calculado rigurosamente.

Aquí considero que la ecuación dada es verdadera y trato de encontrar el valor de X que satisfaga la ecuación dada.
Tenemos, 0 = cos (3x) + cos (x)
0 = 4cos ^ 3 (x) -3cos (x) + cos (x)
0 = 4cos ^ 3 (x) -2cos (x)
0 = 2cos (x) [2cos ^ 2 (x) -1]
0 = 2cos (x) [cos (2x)]
0 = 2cos (x) [1-2sin ^ 2 (x)]
0 = 2cos (x) -4cos (x) .sin ^ 2 (x)
0 = 1-2sin ^ (x)
sin (x) = 1 ÷ √2
x = 45 °
Por lo tanto, la solución general es
x = +/- 45 °
2

La respuesta dada por Natalia Nezvanova es excelente.

De lo contrario, si tiene prisa y lo único que le importa es el resultado (y no los pasos), recomiendo encarecidamente utilizar WolframAlpha . Es la herramienta de facto para resolver problemas similares.

Da la siguiente respuesta (siga el enlace): resuelva cos (3x) + cos (x) = 0 para x.

Supongo que ambas soluciones coinciden (pero he sido flojo y no he hecho los cálculos yo mismo).

¡Espero que esto ayude! Déjame saber lo contrario.


Recurso:

WolframAlpha: motor de conocimiento computacional

Aplica la ecuación: Cos A + cos B = 2Cos ((A + B) / 2) * cos ((AB) / 2)
Obtiene 2cos2x * cosx = 0, por lo que uno o ambos cos2x = 0 o cos x = 0
Entonces x es múltiplo positivo y negativo de pi / 4 o pi / 2

[matemáticas] \ cos (3x) + \ cos (x) = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ por lo tanto 2 \ cos \ frac {(3x + x)} {2} \ cos \ frac {2x-x} {2} = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ por lo tanto 2 \ cos (2x) \ cos (x) = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ por lo tanto \ cos (2x) = 0 [/ matemáticas] o [matemáticas] \ cos (x) = 0 [/ matemáticas]

[matemática] \ por lo tanto x = (2n + 1) \ frac {\ pi} {4} [/ matemática] o [matemática] x = (2n + 1) \ frac {\ pi} {2} [/ matemática] donde [matemáticas] n \ in \ mathbb {Z} [/ matemáticas]

cos (3x) = -cos (x)
cos (3x) = cos (pi – x)
3x = pi – x +2 (pi) k o 3x = x – pi + 2 (pi) k, k es un número entero.
4x = pi + 2 (pi) k o 2x = -pi + 2 (pi) k, k es un número entero.
x = 0.25 (pi) + 0.5 (pi) k o 2x = pi + 2 (pi) k, k es un número entero.
x = 0.25 (pi) + 0.5 (pi) k o x = 0.5 (pi) + (pi) k, k es un número entero.

Primero debe usar la fórmula del triple ángel para el coseno, que es [matemáticas] \ cos (3 x) = 4 \ cos ^ 3 (x) – 3 \ cos (x) [/ matemáticas], por lo que la ecuación original se convierte en: [ matemáticas] 4 \ cos ^ 3 (x) – 3 \ cos (x) + \ cos (x) = 0 [/ matemáticas] recolectando términos similares y factorizando un 2 de los coeficientes que terminamos con una ecuación factorizada
[matemáticas] (2 \ cos ^ 2 (x) -1) \ cos (x) = 0 [/ matemáticas].
Por lo tanto, [math] \ cos (x) [/ math] puede tomar tres valores: [math] 0, \ pm \ frac {\ sqrt {2}} {2} [/ math], y x son los valores correspondientes que pueden se expresará como [matemáticas] \ frac {2n \ pi + \ pi} {4} [/ matemáticas] donde n es un número entero

En virtud de la ecuación, los rayos para los ángulos xy 3x están dispuestos simétricamente alrededor del eje sin.
Entonces, 3x-Pi / 2 = Pi / 2-x (mod 2Pi) O 3x = x + Pi (mod 2Pi)
(¡Solo haz un dibujo o dos para tener una idea!)