Кольоровий логотип House of Math
Увійти

Ти можеш стикнутися з ситуацiями, коли потрiбно перетворити функцiї, що мiстять як синуси, так i косинуси, в гармонiчний осцилятор. Тодi потрiбно використати таку формулу:

Формула

Перетворення функцiї в гармонiчний осцилятор

asincx+bcoscx=Asin(cx+ϕ),=Acos(cx+ϕ), де A=a2+b2,tanϕ=ba,ϕ=ϕπ2,

i ϕ знаходиться в тому самому квадрантi, що й точка (a,b). Можна визначити, в якому квадрантi знаходиться кут ϕ, порiвнявши його з π2, π, 3π2 та 2π.

Зверни увагу! Часто корисно накреслити одиничне коло, щоб переконатися, що значення, знайденi для ϕ, знаходиться в правильному квадрантi.

Розв’язуючи рiвняння виду

asincx+bcoscx=d,

гарною iдеєю буде переписати лiву частину у виглядi Asin(cx+ϕ).

Приклад 1

Перепиши вираз sin2x4cos2x у гармонiчний осцилятор iз синусом як найпростiшою функцiєю, f(x)=Asin(cx+ϕ)

Щоб переписати рiвняння, потрiбно спершу знайти амплiтуду коливань A та фазу коливань ϕ. Амплiтуда коливань A становить

A=a2+b2=12+(4)2=17.

Обчислюючи фазу, потрiбно взяти до уваги знаки a (вiсь x) та b (вiсь y). Оскiльки a>0 та b<0, бачимо, що точка (a,b) знаходиться у четвертому квадрантi. Це означає, що обчислимо фазу коливань так:

tanϕ=ba=41,ϕ=tan1(4)1.33+nπ

Оскiльки π2<1.33<0, 1.33 — це значення ϕ, яке ми шукаємо. Це робить рiвняння подiбним до виду гармонiчного осцилятора:

17sin(2x1.33).

Приклад 2

Розв’яжи рiвняння

3sin2x+4cos2x=1x

Спершу обчислимо A:

A=a2+b2=32+42=5.

Опiсля обчислимо ϕ:

tanϕ=ba=43,ϕ=tan1(43)0.93+nπ.

Отримаємо, що ϕ0.93+nπ. Оскiльки a>0 та b>0, ϕ має бути у першому квадрантi, тому що 0<0.93<π21.57. Отримаємо ϕ=0.93. Це дає нам

5sin(2x+0.93)=1sin(2x+0.93)=0.2.

Це рiвняння має такi розв’язки

2x1+0.93=sin10.2+n2π0.2+n2π,2x2+0.93=(πsin1(0.2))+n2π(π0.2)+n2π.

Отримаємо такi два розв’язки:

x10.365+nπ,x21.01+nπ

Приклад 3

Перепиши вираз 2sinx+3cosx як гармонiчний осцилятор з косинусом як найпростiшою функцiю, f(x)=Acos(cx+ϕ)

Зверни увагу! Якщо ми бажаємо отримати функцiю косинуса, потрiбно вiдняти π2 вiд значення, обчисленого для ϕ, за допомогою функцiї tan. Отримаємо ϕ=ϕπ2.

Спочатку обчислюємо амплiтуду коливань A:

A=a2+b2=22+32=13.

Обчислюючи фазу коливань, потрiбно взяти до уваги знак a (вiсь x) та b (вiсь y). Оскiльки a>0 та b>0, перебуваємо в першому квадрантi, й можна обчислити фазу таким чином:

tanϕ=ba=32,ϕ=tan1(32)0.98+nπ.

Оскiльки 0<0.98<π2, 0.98 – це значення ϕ, вiд якого потрiбно вiдняти π2. Отримаємо

ϕ=0.98π20.59.

Це означає, що гармонiчний осцилятор має такий вигляд

13cos(x0.59).

Приклад 4

Розв’яжи рiвняння

4sin2x2cos2x=1x

Спочатку ми обчислимо A та ϕ*, щоб використати формулу гармонiчного осцилятора:

A=a2+b2=42+(2)2=20tanϕ=ba=24=12ϕ=tan1(12)0.46+nπ

Оскiльки a>0 та b<0, ϕ знаходиться в четвертому квадрантi, i тому що

π21.57<0.46<0,

можна використати

ϕ=0.46π22.03.

Отримаємо

20cos(2x2.03)=1|:20cos(2x2.03)=0.222x2.03=cos1(0.22).

Це найпростiше рiвняння має такi розв’язки

2x12.03=cos1(0.22)+n2π1.35+n2π,2x22.03=cos1(0.22)+n2π1.35+n2π.

Розв’язавши рiвняння, отримаємо

x11.69+nπ,x20.34+nπ.

Це розв’язки рiвняння, оскiльки немає обмежень щодо x.

Бажаєш дізнатися більше?ЗареєструйсяЦе безплатно!