Решение уравнения
а) Для начала упростим и решим уравнение:
[ \sin 2x = \sin\left(x + \frac{3\pi}{2}\right) ]
Используем формулу приведения для правой части:
[ \sin\left(x + \frac{3\pi}{2}\right) = -\cos x ]
Теперь уравнение выглядит так:
[ \sin 2x = -\cos x ]
Используем формулу двойного угла для синуса:
[ 2\sin x \cos x = -\cos x ]
Рассмотрим два случая:
- (\cos x = 0)
- (2\sin x \cos x + \cos x = 0)
Кейс 1: (\cos x = 0)
(\cos x = 0) при (x = \frac{\pi}{2} + \pi k), где (k) - целое число. Подставим это в исходное уравнение:
[ \sin 2x = \sin(\pi + 2\pi k) = 0 ]
Это условие выполняется, так как (\sin) любого кратного (\pi) равен 0.
Кейс 2: (2\sin x \cos x + \cos x = 0)
Вынесем (\cos x) за скобки:
[ \cos x (2\sin x + 1) = 0 ]
Первое условие (\cos x = 0) мы уже рассмотрели. Теперь рассмотрим:
[ 2\sin x + 1 = 0 ]
[ \sin x = -\frac{1}{2} ]
(\sin x = -\frac{1}{2}) при (x = \frac{7\pi}{6} + 2\pi k) или (x = \frac{11\pi}{6} + 2\pi k), где (k) - целое число.
Корни уравнения на отрезке ([ \frac{5\pi}{2}; \frac{7\pi}{2} ])
б) Найдем корни, принадлежащие данному отрезку:
Для (x = \frac{\pi}{2} + \pi k):
[ \frac{5\pi}{2} \leq \frac{\pi}{2} + \pi k \leq \frac{7\pi}{2} ]
Решая это, находим (k = 2, 3), что дает корни:
[ x = \frac{5\pi}{2}, \frac{7\pi}{2} ]
Для (x = \frac{7\pi}{6} + 2\pi k) и (x = \frac{11\pi}{6} + 2\pi k):
[ \frac{5\pi}{2} \leq \frac{7\pi}{6} + 2\pi k \leq \frac{7\pi}{2} ]
[ \frac{5\pi}{2} \leq \frac{11\pi}{6} + 2\pi k \leq \frac{7\pi}{2} ]
Решая каждое из этих уравнений, находим, что подходят следующие (k):
- (k = 1) для обоих случаев, что дает корни:
[ x = \frac{19\pi}{6}, \frac{23\pi}{6} ]
Таким образом, все корни уравнения на заданном отрезке:
[ x = \frac{5\pi}{2}, \frac{19\pi}{6}, \frac{23\pi}{6}, \frac{7\pi}{2} ]