Рассмотрим уравнение:
[ 3 \tan^2 x - \frac{5}{\cos x} + 1 = 0 ]
A) Решение уравнения:
Преобразуем уравнение, используя тригонометрические тождества. Вспомним, что (\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}) и (\cos x \neq 0).
Перепишем уравнение следующим образом:
[ 3 \left(\frac{\sin x}{\cos x}\right)^2 - \frac{5}{\cos x} + 1 = 0 ]
Преобразуем его, умножив на (\cos^2 x) (чтобы избавиться от знаменателя):
[ 3 \sin^2 x - 5 \cos x + \cos^2 x = 0 ]
Используем тригонометрическое тождество (\sin^2 x + \cos^2 x = 1):
[ 3 (1 - \cos^2 x) - 5 \cos x + \cos^2 x = 0 ]
Упростим уравнение:
[ 3 - 3 \cos^2 x - 5 \cos x + \cos^2 x = 0 ]
[ 3 - 2 \cos^2 x - 5 \cos x = 0 ]
Перенесем все члены уравнения в одну сторону:
[ 2 \cos^2 x + 5 \cos x - 3 = 0 ]
Теперь у нас получилось квадратное уравнение относительно (\cos x). Решим его через дискриминант:
[ a = 2, \quad b = 5, \quad c = -3 ]
Дискриминант:
[ D = b^2 - 4ac = 5^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-3) = 25 + 24 = 49 ]
Найдем корни квадратного уравнения:
[ \cos x = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{-5 \pm 7}{4} ]
Получаем два значения для (\cos x):
[ \cos x = \frac{2}{4} = \frac{1}{2} ]
[ \cos x = \frac{-12}{4} = -3 ]
Значение (\cos x = -3) не является возможным, так как (\cos x) может находиться только в промежутке от -1 до 1.
Таким образом, у нас остается:
[ \cos x = \frac{1}{2} ]
Находим соответствующие значения (x):
[ \cos x = \frac{1}{2} \Rightarrow x = \pm \frac{\pi}{3} + 2k\pi, \quad k \in \mathbb{Z} ]
Б) Найдем все корни уравнения, принадлежащие отрезку ( \left[ -\frac{7\pi}{2}, -2\pi \right] ):
Рассмотрим значение ( x = \frac{\pi}{3} + 2k\pi ):
[ \frac{\pi}{3} + 2k\pi ]
Проверим, какие значения (k) удовлетворяют неравенству:
[ -\frac{7\pi}{2} \leq \frac{\pi}{3} + 2k\pi \leq -2\pi ]
Проверим значение ( x = -\frac{\pi}{3} + 2k\pi ):
[ -\frac{\pi}{3} + 2k\pi ]
Проверим, какие значения (k) удовлетворяют неравенству:
[ -\frac{7\pi}{2} \leq -\frac{\pi}{3} + 2k\pi \leq -2\pi ]
Проверим оба варианта:
Для ( x = \frac{\pi}{3} + 2k\pi ):
[ -\frac{7\pi}{2} \leq \frac{\pi}{3} + 2k\pi \leq -2\pi ]
Умножим все на 3:
[ -\frac{21\pi}{2} \leq \pi + 6k\pi \leq -6\pi ]
Вычтем (\pi):
[ -\frac{23\pi}{2} \leq 6k\pi \leq -7\pi ]
Разделим на (6\pi):
[ -\frac{23}{12} \leq k \leq -\frac{7}{6} ]
Для ( x = -\frac{\pi}{3} + 2k\pi ):
[ -\frac{7\pi}{2} \leq -\frac{\pi}{3} + 2k\pi \leq -2\pi ]
Умножим все на 3:
[ -\frac{21\pi}{2} \leq -\pi + 6k\pi \leq -6\pi ]
Добавим (\pi):
[ -\frac{21\pi}{2} + \pi \leq 6k\pi \leq -5\pi ]
[ -\frac{19\pi}{2} \leq 6k\pi \leq -5\pi ]
Разделим на (6\pi):
[ -\frac{19}{12} \leq k \leq -\frac{5}{6} ]
Проверим, какие значения (k) целые и подходят в оба случая:
Для первого случая:
[ k = -2 ]
[ x = \frac{\pi}{3} + 2(-2)\pi = \frac{\pi}{3} - 4\pi = \frac{\pi - 12\pi}{3} = -\frac{11\pi}{3} ]
Для второго случая:
[ k = -2 ]
[ x = -\frac{\pi}{3} + 2(-2)\pi = -\frac{\pi}{3} - 4\pi = -\frac{\pi + 12\pi}{3} = -\frac{13\pi}{3} ]
Таким образом, корни уравнения, принадлежащие отрезку ( \left[ -\frac{7\pi}{2}, -2\pi \right] ), это:
[ -\frac{11\pi}{3} \quad \text{и} \quad -\frac{13\pi}{3} ]