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tan(x)=2+tan^3(x)

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解答

tan(x)=2+tan3(x)

解答

x=−0.98930…+πn
+1
度数
x=−56.68315…∘+180∘n
求解步骤
tan(x)=2+tan3(x)
用替代法求解
tan(x)=2+tan3(x)
令:tan(x)=uu=2+u3
u=2+u3:u≈−1.52137…
u=2+u3
交换两边2+u3=u
将 upara o lado esquerdo
2+u3=u
两边减去 u2+u3−u=u−u
化简2+u3−u=0
2+u3−u=0
改写成标准形式 an​xn+…+a1​x+a0​=0u3−u+2=0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u3−u+2=0 的一个解:u≈−1.52137…
u3−u+2=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u3−u+2
找到 f′(u):3u2−1
dud​(u3−u+2)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(u3)−dudu​+dud​(2)
dud​(u3)=3u2
dud​(u3)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=3u3−1
化简=3u2
dudu​=1
dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=1
dud​(2)=0
dud​(2)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=3u2−1+0
化简=3u2−1
令 u0​=−1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=−2:Δu1​=1
f(u0​)=(−1)3−(−1)+2=2f′(u0​)=3(−1)2−1=2u1​=−2
Δu1​=∣−2−(−1)∣=1Δu1​=1
u2​=−1.63636…:Δu2​=0.36363…
f(u1​)=(−2)3−(−2)+2=−4f′(u1​)=3(−2)2−1=11u2​=−1.63636…
Δu2​=∣−1.63636…−(−2)∣=0.36363…Δu2​=0.36363…
u3​=−1.53039…:Δu3​=0.10597…
f(u2​)=(−1.63636…)3−(−1.63636…)+2=−0.74530…f′(u2​)=3(−1.63636…)2−1=7.03305…u3​=−1.53039…
Δu3​=∣−1.53039…−(−1.63636…)∣=0.10597…Δu3​=0.10597…
u4​=−1.52144…:Δu4​=0.00895…
f(u3​)=(−1.53039…)3−(−1.53039…)+2=−0.05393…f′(u3​)=3(−1.53039…)2−1=6.02629…u4​=−1.52144…
Δu4​=∣−1.52144…−(−1.53039…)∣=0.00895…Δu4​=0.00895…
u5​=−1.52137…:Δu5​=0.00006…
f(u4​)=(−1.52144…)3−(−1.52144…)+2=−0.00036…f′(u4​)=3(−1.52144…)2−1=5.94435…u5​=−1.52137…
Δu5​=∣−1.52137…−(−1.52144…)∣=0.00006…Δu5​=0.00006…
u6​=−1.52137…:Δu6​=2.92858E−9
f(u5​)=(−1.52137…)3−(−1.52137…)+2=−1.74069E−8f′(u5​)=3(−1.52137…)2−1=5.94378…u6​=−1.52137…
Δu6​=∣−1.52137…−(−1.52137…)∣=2.92858E−9Δu6​=2.92858E−9
u≈−1.52137…
使用长除法 Equation0:u+1.52137…u3−u+2​=u2−1.52137…u+1.31459…
u2−1.52137…u+1.31459…≈0
使用牛顿-拉弗森方法找到 u2−1.52137…u+1.31459…=0 的一个解:u∈R无解
u2−1.52137…u+1.31459…=0
牛顿-拉弗森近似法定义
f(u)=u2−1.52137…u+1.31459…
找到 f′(u):2u−1.52137…
dud​(u2−1.52137…u+1.31459…)
使用微分加减法定则: (f±g)′=f′±g′=dud​(u2)−dud​(1.52137…u)+dud​(1.31459…)
dud​(u2)=2u
dud​(u2)
使用幂法则: dxd​(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
化简=2u
dud​(1.52137…u)=1.52137…
dud​(1.52137…u)
将常数提出: (a⋅f)′=a⋅f′=1.52137…dudu​
使用常见微分定则: dudu​=1=1.52137…⋅1
化简=1.52137…
dud​(1.31459…)=0
dud​(1.31459…)
常数微分: dxd​(a)=0=0
=2u−1.52137…+0
化简=2u−1.52137…
令 u0​=1计算 un+1​ 至 Δun+1​<0.000001
u1​=−0.65729…:Δu1​=1.65729…
f(u0​)=12−1.52137…⋅1+1.31459…=0.79321…f′(u0​)=2⋅1−1.52137…=0.47862…u1​=−0.65729…
Δu1​=∣−0.65729…−1∣=1.65729…Δu1​=1.65729…
u2​=0.31119…:Δu2​=0.96849…
f(u1​)=(−0.65729…)2−1.52137…(−0.65729…)+1.31459…=2.74663…f′(u1​)=2(−0.65729…)−1.52137…=−2.83597…u2​=0.31119…
Δu2​=∣0.31119…−(−0.65729…)∣=0.96849…Δu2​=0.96849…
u3​=1.35459…:Δu3​=1.04339…
f(u2​)=0.31119…2−1.52137…⋅0.31119…+1.31459…=0.93798…f′(u2​)=2⋅0.31119…−1.52137…=−0.89897…u3​=1.35459…
Δu3​=∣1.35459…−0.31119…∣=1.04339…Δu3​=1.04339…
u4​=0.43805…:Δu4​=0.91653…
f(u3​)=1.35459…2−1.52137…⋅1.35459…+1.31459…=1.08866…f′(u3​)=2⋅1.35459…−1.52137…=1.18780…u4​=0.43805…
Δu4​=∣0.43805…−1.35459…∣=0.91653…Δu4​=0.91653…
u5​=1.73989…:Δu5​=1.30184…
f(u4​)=0.43805…2−1.52137…⋅0.43805…+1.31459…=0.84004…f′(u4​)=2⋅0.43805…−1.52137…=−0.64527…u5​=1.73989…
Δu5​=∣1.73989…−0.43805…∣=1.30184…Δu5​=1.30184…
u6​=0.87450…:Δu6​=0.86539…
f(u5​)=1.73989…2−1.52137…⋅1.73989…+1.31459…=1.69479…f′(u5​)=2⋅1.73989…−1.52137…=1.95841…u6​=0.87450…
Δu6​=∣0.87450…−1.73989…∣=0.86539…Δu6​=0.86539…
u7​=−2.41546…:Δu7​=3.28996…
f(u6​)=0.87450…2−1.52137…⋅0.87450…+1.31459…=0.74890…f′(u6​)=2⋅0.87450…−1.52137…=0.22763…u7​=−2.41546…
Δu7​=∣−2.41546…−0.87450…∣=3.28996…Δu7​=3.28996…
u8​=−0.71153…:Δu8​=1.70393…
f(u7​)=(−2.41546…)2−1.52137…(−2.41546…)+1.31459…=10.82387…f′(u7​)=2(−2.41546…)−1.52137…=−6.35230…u8​=−0.71153…
Δu8​=∣−0.71153…−(−2.41546…)∣=1.70393…Δu8​=1.70393…
u9​=0.27452…:Δu9​=0.98605…
f(u8​)=(−0.71153…)2−1.52137…(−0.71153…)+1.31459…=2.90337…f′(u8​)=2(−0.71153…)−1.52137…=−2.94443…u9​=0.27452…
Δu9​=∣0.27452…−(−0.71153…)∣=0.98605…Δu9​=0.98605…
u10​=1.27449…:Δu10​=0.99997…
f(u9​)=0.27452…2−1.52137…⋅0.27452…+1.31459…=0.97230…f′(u9​)=2⋅0.27452…−1.52137…=−0.97233…u10​=1.27449…
Δu10​=∣1.27449…−0.27452…∣=0.99997…Δu10​=0.99997…
无法得出解
解是u≈−1.52137…
u=tan(x)代回tan(x)≈−1.52137…
tan(x)≈−1.52137…
tan(x)=−1.52137…:x=arctan(−1.52137…)+πn
tan(x)=−1.52137…
使用反三角函数性质
tan(x)=−1.52137…
tan(x)=−1.52137…的通解tan(x)=−a⇒x=arctan(−a)+πnx=arctan(−1.52137…)+πn
x=arctan(−1.52137…)+πn
合并所有解x=arctan(−1.52137…)+πn
以小数形式表示解x=−0.98930…+πn

作图

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