Bài học Toán THPT - Phương Trình Lượng Giác Cơ Bản

📘 BÀI HỌC TOÁN 11: PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC CƠ BẢN

👉Nhấn vào đây để xem Video

Chương I: Hàm số lượng giác và phương trình lượng giác - Bài 2 (Bộ sách Kết nối tri thức với cuộc sống)

1. Phương trình \(\sin x = m\)

• Nếu \(|m| > 1\): Phương trình vô nghiệm.

• Nếu \(|m| \le 1\): Phương trình luôn có nghiệm. Chọn số thực \(\alpha\) sao cho \(\sin\alpha = m\), khi đó:

\[ \sin x = \sin\alpha \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \alpha + k2\pi \\ x = \pi - \alpha + k2\pi \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
📌 Đơn vị độ (°): Nếu phương trình cho theo độ, ta dùng công thức: \[ \sin x = \sin\alpha^\circ \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \alpha^\circ + k360^\circ \\ x = 180^\circ - \alpha^\circ + k360^\circ \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]

2. Phương trình \(\cos x = m\)

• Nếu \(|m| > 1\): Phương trình vô nghiệm.

• Nếu \(|m| \le 1\): Chọn số thực \(\alpha\) sao cho \(\cos\alpha = m\), khi đó:

\[ \cos x = \cos\alpha \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \alpha + k2\pi \\ x = -\alpha + k2\pi \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
📌 Đơn vị độ (°): \[ \cos x = \cos\alpha^\circ \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \alpha^\circ + k360^\circ \\ x = -\alpha^\circ + k360^\circ \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]

3. Phương trình \(\tan x = m\)

• Điều kiện xác định: \(x \neq \frac{\pi}{2} + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})\).

• Phương trình \(\tan x = m\) luôn có nghiệm với mọi giá trị của \(m \in \mathbb{R}\).

• Chọn số thực \(\alpha\) sao cho \(\tan\alpha = m\), khi đó:

\[ \tan x = \tan\alpha \Leftrightarrow x = \alpha + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
📌 Đơn vị độ (°): \(\tan x = \tan\alpha^\circ \Leftrightarrow x = \alpha^\circ + k180^\circ \quad (k \in \mathbb{Z})\)

4. Phương trình \(\cot x = m\)

• Điều kiện xác định: \(x \neq k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})\).

• Phương trình \(\cot x = m\) luôn có nghiệm với mọi giá trị của \(m \in \mathbb{R}\).

• Chọn số thực \(\alpha\) sao cho \(\cot\alpha = m\), khi đó:

\[ \cot x = \cot\alpha \Leftrightarrow x = \alpha + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
📌 Đơn vị độ (°): \(\cot x = \cot\alpha^\circ \Leftrightarrow x = \alpha^\circ + k180^\circ \quad (k \in \mathbb{Z})\)

5. Bảng tổng hợp & Trường hợp đặc biệt

Giá trị \(m\) \(\sin x = m\) \(\cos x = m\)
\(m = 0\) \(x = k\pi\) \(x = \frac{\pi}{2} + k\pi\)
\(m = 1\) \(x = \frac{\pi}{2} + k2\pi\) \(x = k2\pi\)
\(m = -1\) \(x = -\frac{\pi}{2} + k2\pi\) \(x = \pi + k2\pi\)

6. Ví dụ minh họa & Bài tập tự luyện

Ví dụ 1 Giải phương trình \(\sin x\) và \(\cos x\)

Giải các phương trình lượng giác sau:

a) \(\sin\left(2x - \frac{\pi}{3}\right) = \frac{\sqrt{3}}{2}\)

b) \(\cos\left(x + 30^\circ\right) = \cos 2x\)

Lời giải:

a) Vì \(\sin \frac{\pi}{3} = \frac{\sqrt{3}}{2}\), nên phương trình trở thành:

\[ \sin\left(2x - \frac{\pi}{3}\right) = \sin \frac{\pi}{3} \] \[ \Leftrightarrow \begin{bmatrix} 2x - \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{3} + k2\pi \\ 2x - \frac{\pi}{3} = \pi - \frac{\pi}{3} + k2\pi \end{bmatrix} \] \[ \Leftrightarrow \begin{bmatrix} 2x = \frac{2\pi}{3} + k2\pi \\ 2x = \pi + k2\pi \end{bmatrix} \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \frac{\pi}{3} + k\pi \\ x = \frac{\pi}{2} + k\pi \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]

b) Ta có:

\[ \cos 2x = \cos\left(x + 30^\circ\right) \Leftrightarrow \begin{bmatrix} 2x = x + 30^\circ + k360^\circ \\ 2x = -(x + 30^\circ) + k360^\circ \end{bmatrix} \] \[ \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = 30^\circ + k360^\circ \\ 3x = -30^\circ + k360^\circ \end{bmatrix} \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = 30^\circ + k360^\circ \\ x = -10^\circ + k120^\circ \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
Ví dụ 2 Giải phương trình \(\tan x\) và dùng kí hiệu \(\arcsin\)

Giải các phương trình sau:

a) \(\sqrt{3}\tan\left(x + \frac{\pi}{6}\right) - 1 = 0\)

b) \(\sin x = \frac{1}{3}\)

Lời giải:

a) Phương trình tương đương với:

\[ \tan\left(x + \frac{\pi}{6}\right) = \frac{1}{\sqrt{3}} = \tan \frac{\pi}{6} \] \[ \Leftrightarrow x + \frac{\pi}{6} = \frac{\pi}{6} + k\pi \Leftrightarrow x = k\pi \quad (k \in \mathbb{Z}) \]

b) Vì \(\frac{1}{3}\) không phải giá trị lượng giác của góc đặc biệt nên:

\[ \sin x = \frac{1}{3} \Leftrightarrow \begin{bmatrix} x = \arcsin\left(\frac{1}{3}\right) + k2\pi \\ x = \pi - \arcsin\left(\frac{1}{3}\right) + k2\pi \end{bmatrix} \quad (k \in \mathbb{Z}) \]
Ví dụ 3 Tìm nghiệm trên khoảng cho trước

Tìm số nghiệm của phương trình \(\cos\left(x + \frac{\pi}{4}\right) = 0\) trên khoảng \((0; 2\pi)\).

Lời giải:

Phương trình tương đương:

\[ x + \frac{\pi}{4} = \frac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow x = \frac{\pi}{4} + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z}) \]

Vì \(x \in (0; 2\pi)\) nên:

\[ 0 < \frac{\pi}{4} + k\pi < 2\pi \Leftrightarrow -\frac{1}{4} < k < \frac{7}{4} \]

Do \(k \in \mathbb{Z}\) nên \(k \in \{0; 1\}\).

• Với \(k = 0 \Rightarrow x = \frac{\pi}{4}\)

• Với \(k = 1 \Rightarrow x = \frac{5\pi}{4}\)

Vậy phương trình có 2 nghiệm trên khoảng \((0; 2\pi)\).

Bài tập tự luyện:

Bài 1: Giải các phương trình lượng giác sau:

a) \(\sin\left(3x + 15^\circ\right) = -\frac{\sqrt{2}}{2}\)

b) \(\cos\left(2x - \frac{\pi}{4}\right) = \frac{1}{2}\)

c) \(\tan\left(2x\right) + \sqrt{3} = 0\)

d) \(\cot\left(x - \frac{\pi}{3}\right) = 2\)

Bài 2: Giải các phương trình có dạng biến đổi đưa về cơ bản:

a) \(\sin 2x - \cos x = 0\)

b) \(\cos^2 x - \sin^2 x = \frac{1}{2}\)

Bài 3: Tìm tất cả các nghiệm của phương trình \(\sin\left(x - \frac{\pi}{3}\right) = 0\) thuộc đoạn \([-\pi; \pi]\).