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三角関数と微分・方程式解の個数★★★高校 ・ 数II・B・C

三次関数と三角方程式の解の個数

by 匿名ユーザー

問題

xxの方程式 2sin⁡3x−3sin⁡x+1=02\sin^3x-3\sin x+1=0 (0≤x<2π0\le x<2\pi)の異なる実数解の個数を求めよ。

解答

33個

解説

t=sin⁡xt=\sin xとおくと方程式は 2t3−3t+1=02t^3-3t+1=0 となる。g(t)=2t3−3t+1g(t)=2t^3-3t+1 とすると g(1)=2−3+1=0g(1)=2-3+1=0 より t=1t=1 は解であり、g(t)=(t−1)(2t2+2t−1)g(t)=(t-1)(2t^2+2t-1) と因数分解できる。2t2+2t−1=02t^2+2t-1=0 を解くと t=−1±32t=\dfrac{-1\pm\sqrt3}{2}。これらの値を数値評価すると t=−1+32≈0.366t=\dfrac{-1+\sqrt3}{2}\approx0.366、t=−1−32≈−1.366t=\dfrac{-1-\sqrt3}{2}\approx-1.366 であり、後者は t=sin⁡xt=\sin x の値域 [−1,1][-1,1] の外にあるため不適。よって t=sin⁡xt=\sin x の値として適するのは t=1t=1 と t=−1+32t=\dfrac{-1+\sqrt3}{2}(≈0.366\approx0.366、これは−1<t<1-1<t<1の範囲内)の2つ。0≤x<2π0\le x<2\piにおいて、t=1t=1(すなわちsin⁡x=1\sin x=1)を満たすxxはちょうど1個(x=π2x=\frac{\pi}{2})、−1<t<1-1<t<1の範囲の各値を満たすxxはちょうど2個ずつ存在する。よって解の総数は 1+2=31+2=3 個。

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