解
cos5(x)−sin(x)=0
解
x=0.51794…+2πn,x=−2.62364…+2πn
+1
度
x=29.67623…∘+360∘n,x=−150.32376…∘+360∘n解答ステップ
cos5(x)−sin(x)=0
両辺にsin(x)を足すcos5(x)=sin(x)
両辺を2乗する(cos5(x))2=sin2(x)
両辺からsin2(x)を引くcos10(x)−sin2(x)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
cos10(x)−sin2(x)
ピタゴラスの公式を使用する: cos2(x)+sin2(x)=1sin2(x)=1−cos2(x)=cos10(x)−(1−cos2(x))
−(1−cos2(x)):−1+cos2(x)
−(1−cos2(x))
括弧を分配する=−(1)−(−cos2(x))
マイナス・プラスの規則を適用する−(−a)=a,−(a)=−a=−1+cos2(x)
=cos10(x)−1+cos2(x)
−1+cos10(x)+cos2(x)=0
置換で解く
−1+cos10(x)+cos2(x)=0
仮定:cos(x)=u−1+u10+u2=0
−1+u10+u2=0:u=0.75487…,u=−0.75487…
−1+u10+u2=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a0=0u10+u2−1=0
equationを v=u2 と以下で書き換える:v5=u10v5+v−1=0
解く v5+v−1=0:v≈0.75487…
v5+v−1=0
ニュートン・ラプソン法を使用して v5+v−1=0 の解を1つ求める:v≈0.75487…
v5+v−1=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(v)=v5+v−1
発見する f′(v):5v4+1
dvd(v5+v−1)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dvd(v5)+dvdv−dvd(1)
dvd(v5)=5v4
dvd(v5)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=5v5−1
簡素化=5v4
dvdv=1
dvdv
共通の導関数を適用: dvdv=1=1
dvd(1)=0
dvd(1)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=5v4+1−0
簡素化=5v4+1
仮定: v0=1Δvn+1<になるまで vn+1を計算する 0.000001
v1=0.83333…:Δv1=0.16666…
f(v0)=15+1−1=1f′(v0)=5⋅14+1=6v1=0.83333…
Δv1=∣0.83333…−1∣=0.16666…Δv1=0.16666…
v2=0.76438…:Δv2=0.06895…
f(v1)=0.83333…5+0.83333…−1=0.23521…f′(v1)=5⋅0.83333…4+1=3.41126…v2=0.76438…
Δv2=∣0.76438…−0.83333…∣=0.06895…Δv2=0.06895…
v3=0.75502…:Δv3=0.00935…
f(v2)=0.76438…5+0.76438…−1=0.02532…f′(v2)=5⋅0.76438…4+1=2.70691…v3=0.75502…
Δv3=∣0.75502…−0.76438…∣=0.00935…Δv3=0.00935…
v4=0.75487…:Δv4=0.00014…
f(v3)=0.75502…5+0.75502…−1=0.00038…f′(v3)=5⋅0.75502…4+1=2.62485…v4=0.75487…
Δv4=∣0.75487…−0.75502…∣=0.00014…Δv4=0.00014…
v5=0.75487…:Δv5=3.55234E−8
f(v4)=0.75487…5+0.75487…−1=9.31989E−8f′(v4)=5⋅0.75487…4+1=2.62359…v5=0.75487…
Δv5=∣0.75487…−0.75487…∣=3.55234E−8Δv5=3.55234E−8
v≈0.75487…
長除法を適用する:v−0.75487…v5+v−1=v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…
v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: v∈R
v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(v)=v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…
発見する f′(v):4v3+2.26463…v2+1.13968…v+0.43015…
dvd(v4+0.75487…v3+0.56984…v2+0.43015…v+1.32471…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=dvd(v4)+dvd(0.75487…v3)+dvd(0.56984…v2)+dvd(0.43015…v)+dvd(1.32471…)
dvd(v4)=4v3
dvd(v4)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=4v4−1
簡素化=4v3
dvd(0.75487…v3)=2.26463…v2
dvd(0.75487…v3)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.75487…dvd(v3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=0.75487…⋅3v3−1
簡素化=2.26463…v2
dvd(0.56984…v2)=1.13968…v
dvd(0.56984…v2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.56984…dvd(v2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=0.56984…⋅2v2−1
簡素化=1.13968…v
dvd(0.43015…v)=0.43015…
dvd(0.43015…v)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=0.43015…dvdv
共通の導関数を適用: dvdv=1=0.43015…⋅1
簡素化=0.43015…
dvd(1.32471…)=0
dvd(1.32471…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=4v3+2.26463…v2+1.13968…v+0.43015…+0
簡素化=4v3+2.26463…v2+1.13968…v+0.43015…
仮定: v0=−3Δvn+1<になるまで vn+1を計算する 0.000001
v1=−2.27399…:Δv1=0.72600…
f(v0)=(−3)4+0.75487…(−3)3+0.56984…(−3)2+0.43015…(−3)+1.32471…=65.78110…f′(v0)=4(−3)3+2.26463…(−3)2+1.13968…(−3)+0.43015…=−90.60718…v1=−2.27399…
Δv1=∣−2.27399…−(−3)∣=0.72600…Δv1=0.72600…
v2=−1.70962…:Δv2=0.56437…
f(v1)=(−2.27399…)4+0.75487…(−2.27399…)3+0.56984…(−2.27399…)2+0.43015…(−2.27399…)+1.32471…=21.15650…f′(v1)=4(−2.27399…)3+2.26463…(−2.27399…)2+1.13968…(−2.27399…)+0.43015…=−37.48682…v2=−1.70962…
Δv2=∣−1.70962…−(−2.27399…)∣=0.56437…Δv2=0.56437…
v3=−1.23768…:Δv3=0.47193…
f(v2)=(−1.70962…)4+0.75487…(−1.70962…)3+0.56984…(−1.70962…)2+0.43015…(−1.70962…)+1.32471…=7.02564…f′(v2)=4(−1.70962…)3+2.26463…(−1.70962…)2+1.13968…(−1.70962…)+0.43015…=−14.88684…v3=−1.23768…
Δv3=∣−1.23768…−(−1.70962…)∣=0.47193…Δv3=0.47193…
v4=−0.73120…:Δv4=0.50648…
f(v3)=(−1.23768…)4+0.75487…(−1.23768…)3+0.56984…(−1.23768…)2+0.43015…(−1.23768…)+1.32471…=2.58063…f′(v3)=4(−1.23768…)3+2.26463…(−1.23768…)2+1.13968…(−1.23768…)+0.43015…=−5.09520…v4=−0.73120…
Δv4=∣−0.73120…−(−1.23768…)∣=0.50648…Δv4=0.50648…
v5=0.99541…:Δv5=1.72662…
f(v4)=(−0.73120…)4+0.75487…(−0.73120…)3+0.56984…(−0.73120…)2+0.43015…(−0.73120…)+1.32471…=1.30559…f′(v4)=4(−0.73120…)3+2.26463…(−0.73120…)2+1.13968…(−0.73120…)+0.43015…=−0.75615…v5=0.99541…
Δv5=∣0.99541…−(−0.73120…)∣=1.72662…Δv5=1.72662…
v6=0.47388…:Δv6=0.52153…
f(v5)=0.99541…4+0.75487…⋅0.99541…3+0.56984…⋅0.99541…2+0.43015…⋅0.99541…+1.32471…=4.04387…f′(v5)=4⋅0.99541…3+2.26463…⋅0.99541…2+1.13968…⋅0.99541…+0.43015…=7.75380…v6=0.47388…
Δv6=∣0.47388…−0.99541…∣=0.52153…Δv6=0.52153…
v7=−0.46459…:Δv7=0.93847…
f(v6)=0.47388…4+0.75487…⋅0.47388…3+0.56984…⋅0.47388…2+0.43015…⋅0.47388…+1.32471…=1.78729…f′(v6)=4⋅0.47388…3+2.26463…⋅0.47388…2+1.13968…⋅0.47388…+0.43015…=1.90446…v7=−0.46459…
Δv7=∣−0.46459…−0.47388…∣=0.93847…Δv7=0.93847…
v8=104.25021…:Δv8=104.71480…
f(v7)=(−0.46459…)4+0.75487…(−0.46459…)3+0.56984…(−0.46459…)2+0.43015…(−0.46459…)+1.32471…=1.21875…f′(v7)=4(−0.46459…)3+2.26463…(−0.46459…)2+1.13968…(−0.46459…)+0.43015…=−0.01163…v8=104.25021…
Δv8=∣104.25021…−(−0.46459…)∣=104.71480…Δv8=104.71480…
解を見つけられない
解はv≈0.75487…
v≈0.75487…
再び v=u2に置き換えて以下を解く: u
解く u2=0.75487…:u=0.75487…,u=−0.75487…
u2=0.75487…
x2=f(a) の場合, 解は x=f(a),−f(a)
u=0.75487…,u=−0.75487…
解答は
u=0.75487…,u=−0.75487…
代用を戻す u=cos(x)cos(x)=0.75487…,cos(x)=−0.75487…
cos(x)=0.75487…,cos(x)=−0.75487…
cos(x)=0.75487…:x=arccos(0.75487…)+2πn,x=2π−arccos(0.75487…)+2πn
cos(x)=0.75487…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=0.75487…
以下の一般解 cos(x)=0.75487…cos(x)=a⇒x=arccos(a)+2πn,x=2π−arccos(a)+2πnx=arccos(0.75487…)+2πn,x=2π−arccos(0.75487…)+2πn
x=arccos(0.75487…)+2πn,x=2π−arccos(0.75487…)+2πn
cos(x)=−0.75487…:x=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
cos(x)=−0.75487…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cos(x)=−0.75487…
以下の一般解 cos(x)=−0.75487…cos(x)=−a⇒x=arccos(−a)+2πn,x=−arccos(−a)+2πnx=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
x=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
すべての解を組み合わせるx=arccos(0.75487…)+2πn,x=2π−arccos(0.75487…)+2πn,x=arccos(−0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
元のequationに当てはめて解を検算する
cos5(x)−sin(x)=0 に当てはめて解を確認する
equationに一致しないものを削除する。
解答を確認する arccos(0.75487…)+2πn:真
arccos(0.75487…)+2πn
挿入 n=1arccos(0.75487…)+2π1
cos5(x)−sin(x)=0の挿入向けx=arccos(0.75487…)+2π1cos5(arccos(0.75487…)+2π1)−sin(arccos(0.75487…)+2π1)=0
改良0=0
⇒真
解答を確認する 2π−arccos(0.75487…)+2πn:偽
2π−arccos(0.75487…)+2πn
挿入 n=12π−arccos(0.75487…)+2π1
cos5(x)−sin(x)=0の挿入向けx=2π−arccos(0.75487…)+2π1cos5(2π−arccos(0.75487…)+2π1)−sin(2π−arccos(0.75487…)+2π1)=0
改良0.99019…=0
⇒偽
解答を確認する arccos(−0.75487…)+2πn:偽
arccos(−0.75487…)+2πn
挿入 n=1arccos(−0.75487…)+2π1
cos5(x)−sin(x)=0の挿入向けx=arccos(−0.75487…)+2π1cos5(arccos(−0.75487…)+2π1)−sin(arccos(−0.75487…)+2π1)=0
改良−0.99019…=0
⇒偽
解答を確認する −arccos(−0.75487…)+2πn:真
−arccos(−0.75487…)+2πn
挿入 n=1−arccos(−0.75487…)+2π1
cos5(x)−sin(x)=0の挿入向けx=−arccos(−0.75487…)+2π1cos5(−arccos(−0.75487…)+2π1)−sin(−arccos(−0.75487…)+2π1)=0
改良0=0
⇒真
x=arccos(0.75487…)+2πn,x=−arccos(−0.75487…)+2πn
10進法形式で解を証明するx=0.51794…+2πn,x=−2.62364…+2πn