Найпростіші тригонометричні рівняння
~20 хв · 9 розділів · 9 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + географія.
Загальні формули розв'язків рівнянь sin x = a, cos x = a, tg x = a. Арксинус, арккосинус, арктангенс табличних значень, зокрема від'ємних. Окремі випадки a = 0, 1, –1. Рівняння з аргументом виду kx + b. Формул у довідці НМТ немає.
Щоб розв'язувати найпростіші тригонометричні рівняння, спершу треба навчитися «читати» тригонометричні таблиці у зворотному напрямку: знаючи значення синуса, косинуса або тангенса, знаходити відповідний кут. Для цього існують поняття арксинуса, арккосинуса й арктангенса.
Означення
Арксинусом числа a (позначають arcsin a) називають такий кут з відрізка [−π/2; π/2], синус якого дорівнює a. Умова: |a| ≤ 1. Наприклад, arcsin(1/2) = π/6, бо sin(π/6) = 1/2 і π/6 ∈ [−π/2; π/2].
Арккосинусом числа a (arccos a) називають такий кут з відрізка [0; π], косинус якого дорівнює a. Умова: |a| ≤ 1. Наприклад, arccos(1/2) = π/3, бо cos(π/3) = 1/2 і π/3 ∈ [0; π].
Арктангенсом числа a (arctg a) називають такий кут з інтервалу (−π/2; π/2), тангенс якого дорівнює a. На відміну від арксинуса й арккосинуса, a може бути будь-яким дійсним числом. Наприклад, arctg 1 = π/4, бо tg(π/4) = 1 і π/4 ∈ (−π/2; π/2).
Табличні значення
На НМТ ти матимеш довідкову таблицю значень sin, cos, tg для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2, π, 3π/2, 2π. Щоб знайти арк, дієш навпаки: шукаєш значення a в рядку потрібної функції й виписуєш кут із заголовка стовпця — лише з потрібного проміжку.
a | arcsin a | arccos a | arctg a |
|---|---|---|---|
0 | 0 | π/2 | 0 |
1/2 | π/6 | π/3 | не табличне значення |
√2/2 | π/4 | π/4 | не табличне значення |
√3/2 | π/3 | π/6 | не табличне значення |
1 | π/2 | 0 | π/4 |
√3 | не існує (√3 > 1) | не існує (√3 > 1) | π/3 |
√3/3 | не табличне значення | не табличне значення | π/6 |
Від'ємний аргумент — найважливіше правило
Для від'ємних чисел діють різні правила:
arcsin(−a) = −arcsin a — кут з нижньої половини [−π/2; π/2]. Приклад: arcsin(−1/2) = −π/6.
arctg(−a) = −arctg a — те саме, кут в інтервалі (−π/2; π/2). Приклад: arctg(−1) = −π/4.
arccos(−a) = π − arccos a — це принципово інше правило! Арккосинус від'ємного числа лежить у проміжку (π/2; π]: для a ∈ (−1; 0) це тупий кут, а arccos(−1) = π. Приклад: arccos(−1/2) = π − π/3 = 2π/3, а не −π/3.
Запам'ятай: arccos(−1/2) = 2π/3 — це типова пастка. Чимало учнів помилково пишуть −π/3, плутаючи арккосинус з арксинусом.
Як читати арки з таблиці
У довідкових матеріалах НМТ є таблиця значень тригонометричних функцій. Щоб знайти arcsin a, шукаєш число a в рядку sin α і береш кут із заголовка відповідного стовпця — лише з проміжку [−π/2; π/2]. Для arccos a — кут з [0; π]. Для arctg a — кут з (−π/2; π/2). Це називають «читанням таблиці у зворотному напрямку».
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Коли ми знаємо, що таке арксинус, арккосинус і арктангенс, можемо записати загальні формули розв'язків найпростіших тригонометричних рівнянь. Ці формули ти мусиш знати напам'ять — у довідкових матеріалах НМТ їх немає.
Рівняння cos x = a
Якщо |a| ≤ 1, то розв'язок має вигляд:
x = ±arccos a + 2πn, n ∈ Z
Знак «±» означає дві серії розв'язків: x = arccos a + 2πn і x = −arccos a + 2πn. На одиничному колі цим кутам відповідають дві точки, симетричні відносно осі абсцис (горизонтальної осі). Період — 2π, тому що косинус має найменший додатний період 2π.
Приклад: cos x = 1/2 ⇒ x = ±π/3 + 2πn, n ∈ Z.
Рівняння sin x = a
Якщо |a| ≤ 1, то розв'язок має вигляд:
x = (−1)ⁿ arcsin a + πn, n ∈ Z
Множник (−1)ⁿ чергує знак: при парному n маємо x = arcsin a + 2πk, при непарному n — x = π − arcsin a + 2πk. Тому ту саму відповідь можна записати двома серіями:
x = arcsin a + 2πn, n ∈ Z
x = π − arcsin a + 2πn, n ∈ Z
На одиничному колі це дві точки, симетричні відносно осі ординат (вертикальної осі). Період — 2π, але компактна формула використовує πn.
Приклад: sin x = √2/2 ⇒ x = (−1)ⁿ · π/4 + πn, n ∈ Z.
Рівняння tg x = a
Для будь-якого дійсного a розв'язок має вигляд:
x = arctg a + πn, n ∈ Z
Період тангенса дорівнює π, тому додаємо πn, а не 2πn. На відміну від синуса й косинуса, рівняння tg x = a завжди має розв'язки, незалежно від значення a.
Приклад: tg x = 1 ⇒ x = π/4 + πn, n ∈ Z.
Рівняння ctg x = a
Котангенс належить до профільного рівня програми (позначка «П»), але НМТ укладають за всією програмою, тож формулу варто знати: ctg x = a ⇒ x = arcctg a + πn, n ∈ Z.
Коли рівняння не має розв'язків
Рівняння sin x = a і cos x = a не мають розв'язків, якщо |a| > 1. Синус і косинус завжди лежать у межах від −1 до 1, тому вимога |a| ≤ 1 — необхідна умова існування розв'язку.
sin x = √3 — не має розв'язків, бо √3 ≈ 1,73 > 1.
cos x = π/2 — не має розв'язків, бо π/2 ≈ 1,57 > 1.
sin x = π/4 — має розв'язки! Бо π/4 ≈ 0,79 ≤ 1.
cos x = −2 — не має розв'язків, бо |−2| = 2 > 1.
Увага: якщо a записано через π (наприклад, cos x = π/3), не плутай число π з кутом. π/3 ≈ 1,05 > 1, тому рівняння cos x = π/3 розв'язків не має, хоча cos(π/3) = 1/2 — це зовсім інша річ!
Формули треба знати напам'ять
У довідкових матеріалах НМТ є означення синуса, косинуса й тангенса через одиничне коло, а також таблиця значень для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2, π, 3π/2, 2π. Загальних формул розв'язків там немає. Тому вивчи їх так, щоб відтворювати автоматично.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Коли a дорівнює 0, 1 або −1, загальні формули розв'язків спрощуються. У варіантах відповідей розв'язки таких рівнянь можуть бути записані саме в спрощеній формі, тому важливо знати її окремо.
Рівняння sin x = a
Рівняння | Спрощена формула | Пояснення |
|---|---|---|
sin x = 0 | x = πn, n ∈ Z | Дві точки на колі: 0 і π — діаметрально протилежні, тому період π |
sin x = 1 | x = π/2 + 2πn, n ∈ Z | Одна точка — π/2, період 2π |
sin x = −1 | x = −π/2 + 2πn, n ∈ Z | Одна точка — −π/2 (або 3π/2), період 2π |
Рівняння cos x = a
Рівняння | Спрощена формула | Пояснення |
|---|---|---|
cos x = 0 | x = π/2 + πn, n ∈ Z | Дві точки: π/2 і 3π/2 — діаметрально протилежні, період π |
cos x = 1 | x = 2πn, n ∈ Z | Одна точка — 0 (або 2π), період 2π |
cos x = −1 | x = π + 2πn, n ∈ Z | Одна точка — π, період 2π |
Рівняння tg x = a
Рівняння | Спрощена формула | Пояснення |
|---|---|---|
tg x = 0 | x = πn, n ∈ Z | Тангенс дорівнює 0 у точках 0, π, 2π… — період π |
Чому в sin x = 0 і cos x = 0 період π?
Поглянь на одиничне коло. Рівняння sin x = 0 має два розв'язки на проміжку [0; 2π): x = 0 і x = π. Ці точки лежать на одній прямій (діаметрально протилежні). Коли ми додаємо π, ми потрапляємо з однієї точки в іншу. Тому період дорівнює π, а не 2π. Те саме для cos x = 0: точки π/2 і 3π/2 теж діаметрально протилежні.
Підказка: якщо сумніваєшся, підстав n = 0 і n = 1 у загальну формулу. Наприклад, для sin x = 0 загальна формула дає x = (−1)ⁿ · 0 + πn = πn — одразу спрощений вигляд.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Трапляються рівняння, де під знаком тригонометричної функції стоїть не просто x, а лінійний вираз kx + b, наприклад sin 2x, cos(x − π/4) або tg(x/3). Алгоритм розв'язання простий: спершу розв'язуємо рівняння відносно всього аргументу kx + b, а потім виражаємо x.
Алгоритм
Записуємо загальний розв'язок для аргументу (kx + b) за відповідною формулою.
Виражаємо x: переносимо b у праву частину, ділимо на k.
Ділимо на k і головний доданок (arcsin a, arccos a, arctg a), і період (πn або 2πn).
Приклад 1: sin 2x = √3/2
Крок 1. Розв'язуємо відносно аргументу 2x. За формулою для синуса:
2x = (−1)ⁿ arcsin(√3/2) + πn = (−1)ⁿ · π/3 + πn, n ∈ Z
Крок 2. Ділимо обидві частини на 2. Важливо: ділимо і arcsin a, і період:
x = (−1)ⁿ · π/6 + πn/2, n ∈ Z
Поширена помилка: ділять на 2 лише π/3, а πn залишають без змін. Правильно: x = (−1)ⁿ · π/6 + πn/2.
Приклад 2: cos(x − π/4) = 0
Крок 1. Для cos t = 0 маємо окремий випадок: t = π/2 + πn. Отже:
x − π/4 = π/2 + πn, n ∈ Z
Крок 2. Переносимо −π/4 у праву частину:
x = π/2 + π/4 + πn = 3π/4 + πn, n ∈ Z
Зверни увагу: додавати π/4 треба і до головного доданка, і до періоду? Ні, π/4 додається лише один раз, а πn залишається без змін, бо це доданок, який повторюється.
Приклад 3: tg(x/3) = 1
Крок 1. Для tg t = 1 маємо t = π/4 + πn. Отже:
x/3 = π/4 + πn, n ∈ Z
Крок 2. Множимо обидві частини на 3. Множимо і π/4, і πn:
x = 3 · π/4 + 3 · πn = 3π/4 + 3πn, n ∈ Z
Тут період став 3π замість π, бо ми помножили на 3. Це логічно: якщо аргумент змінюється втричі повільніше, то й період розв'язку стає втричі більшим.
Загальне правило
У рівнянні sin(kx + b) = a або cos(kx + b) = a спершу записуємо:
kx + b = загальний_розв'язок_для_t
Потім виражаємо x:
x = (загальний_розв'язок_для_t − b) / k
При діленні на k ділимо і головний доданок (arcsin a, arccos a, arctg a), і період (πn або 2πn). Якщо k < 0, знак змінюється і в головному доданку, і в періоді.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо типові завдання НМТ на найпростіші тригонометричні рівняння. Кожне має п'ять варіантів відповіді, з яких правильний — один.
Приклад 1. Розв'яжіть рівняння cos x = −√2/2
Розв'язання. Знаходимо arccos(−√2/2). За правилом для від'ємного аргументу: arccos(−√2/2) = π − arccos(√2/2) = π − π/4 = 3π/4. Загальний розв'язок для косинуса: x = ±arccos a + 2πn. Отже, x = ±3π/4 + 2πn, n ∈ Z.
Відповідь: x = ±3π/4 + 2πn.
Чому інші варіанти неправильні:
±π/4 + 2πn — забули, що arccos(−√2/2) = 3π/4, а не π/4.
±3π/4 + πn — період косинуса 2π, а не π.
x = (−1)ⁿ · 3π/4 + πn — це формула для синуса, а не для косинуса.
3π/4 + 2πn — записано лише одну серію, втрачено мінус.
Приклад 2. Розв'яжіть рівняння sin x = −1/2
Розв'язання. arcsin(−1/2) = −arcsin(1/2) = −π/6. Загальний розв'язок для синуса: x = (−1)ⁿ arcsin a + πn. Підставляємо: x = (−1)ⁿ · (−π/6) + πn = (−1)ⁿ⁺¹ · π/6 + πn, n ∈ Z.
Відповідь: x = (−1)ⁿ⁺¹ · π/6 + πn.
Чому інші варіанти неправильні:
x = (−1)ⁿ · π/6 + πn — не враховано знак мінус: arcsin(−1/2) = −π/6, тому має бути (−1)ⁿ⁺¹.
x = ±π/6 + 2πn — це формула для косинуса, а не для синуса.
x = (−1)ⁿ⁺¹ · π/3 + πn — плутанина: arcsin(1/2) = π/6, а не π/3.
x = −π/6 + 2πn — записано лише одну серію, втрачено другу.
Приклад 3. Укажіть рівняння, яке не має розв'язків
Розв'язання. Перевіряємо кожне рівняння:
sin x = π/4 — π/4 ≈ 0,79 ≤ 1, тому розв'язки є.
cos x = −1 — |−1| = 1, розв'язки є (x = π + 2πn).
tg x = 5 — тангенс має розв'язки для будь-якого a.
sin x = −√3/2 — |−√3/2| ≈ 0,87 ≤ 1, розв'язки є.
cos x = √5/2 — √5/2 ≈ 1,12 > 1, тому розв'язків немає.
Відповідь: cos x = √5/2.
Приклад 4. Розв'яжіть рівняння tg 2x = −√3
Розв'язання. arctg(−√3) = −arctg(√3) = −π/3. Загальний розв'язок для тангенса: 2x = −π/3 + πn, n ∈ Z. Ділимо на 2: x = −π/6 + πn/2, n ∈ Z.
Відповідь: x = −π/6 + πn/2.
Чому інші варіанти неправильні:
−π/6 + πn — період не поділили на 2: має бути πn/2.
−π/3 + πn/2 — не поділили головний доданок: −π/3 : 2 = −π/6.
π/6 + πn/2 — неправильний знак: arctg(−√3) = −π/3.
−π/12 + πn/2 — помилка в обчисленні: −π/3 : 2 = −π/6, а не −π/12.
Приклад 5. Розв'яжіть рівняння cos(x/2) = 1
Розв'язання. cos t = 1 — окремий випадок: t = 2πn. Отже, x/2 = 2πn, n ∈ Z. Множимо на 2: x = 4πn, n ∈ Z.
Відповідь: x = 4πn.
Чому інші варіанти неправильні:
2πn — не помножили на 2: x/2 = 2πn ⇒ x = 4πn.
πn — плутають з sin x = 0 або tg x = 0.
π + 4πn — це розв'язок рівняння sin(x/2) = 1 (сплутали косинус із синусом), а не cos(x/2) = 1.
π/2 + 2πn — це розв'язок sin x = 1, а не cos(x/2) = 1.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо типові помилки під час розв'язування найпростіших тригонометричних рівнянь. Уникай їх — і твій результат буде вищим.
Помилка: для косинуса пишуть період πn замість 2πn. Правильно: cos x = a має період 2π, тому x = ±arccos a + 2πn. Період πn — це для тангенса.
Помилка: для тангенса пишуть період 2πn замість πn. Правильно: tg x = a має період π, тому x = arctg a + πn.
Помилка: плутають формули — для sin x = a пишуть ±arcsin a + 2πn (це формула косинуса), а для cos x = a — (−1)ⁿ arccos a + πn (це формула синуса). Запам'ятай: синус — з (−1)ⁿ, косинус — з ±.
Помилка: вважають arccos(−1/2) рівним −π/3. Насправді arccos(−a) = π − arccos a, тому arccos(−1/2) = π − π/3 = 2π/3. Арккосинус від'ємного числа лежить у проміжку (π/2; π]: для a ∈ (−1; 0) це тупий кут, а arccos(−1) = π.
Помилка: шукають розв'язки рівняння sin x = −√3, хоча |−√3| ≈ 1,73 > 1 — розв'язків немає. І навпаки: sin x = π/4 вважають рівнянням без розв'язків, хоча π/4 ≈ 0,79 ≤ 1 — розв'язки є.
Помилка: для sin x = 0 записують x = 2πn і гублять x = π + 2πn. Правильна спрощена формула: x = πn, яка охоплює обидві серії.
Помилка: у рівнянні sin 2x = a ділять на 2 лише arcsin a, а період πn залишають без змін. Наприклад, sin 2x = √3/2 ⇒ 2x = (−1)ⁿ π/3 + πn ⇒ x = (−1)ⁿ π/6 + πn/2. Ділити на 2 треба і головний доданок, і період.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розуміння того, як саме перевіряють тему на НМТ, допомагає правильно розподілити зусилля під час підготовки.
Формат завдання
У демоваріанті НМТ-2026 найпростіші тригонометричні рівняння перевіряють у завданні № 11. Це завдання з вибором однієї відповіді з п'яти (А–Д). Оцінюється в 0 або 1 бал. Умова завдання: знайти корені найпростішого тригонометричного рівняння на заданому проміжку. Перший і найважливіший крок — правильно записати загальний розв'язок рівняння.
Що входить до програми
Програма НМТ з математики (тема 2.1) передбачає методи розв'язування найпростіших тригонометричних рівнянь на рівні стандарту. Це означає, що ти повинен уміти розв'язувати рівняння sin x = a, cos x = a і tg x =a, зокрема з аргументом kx + b.
Котангенс і тригонометричні нерівності належать до профільного рівня програми (позначка «П»). НМТ укладають за всією програмою, тож такі завдання не виключені.
Довідкові матеріали
У довідкових матеріалах, які ти отримаєш на НМТ, є:
означення sin, cos, tg через одиничне коло;
таблиця значень sin, cos, tg для кутів 0, π/6, π/4, π/3, π/2, π, 3π/2, 2π.
Загальних формул розв'язків тригонометричних рівнянь у довідкових матеріалах немає. Їх треба знати напам'ять.
Стратегія для завдання з формулами у варіантах
Коли у варіантах відповідей подано кілька формул і треба обрати правильну, підстановка допоможе відсіяти частину з них: підстав n = 0 і n = 1 у кожну формулу й перевір, чи отримані кути задовольняють рівняння. Наприклад, для рівняння cos x = −√2/2 формула x = ±3π/4 + 2πn при n = 0 дає x = 3π/4 і x = −3π/4: cos(3π/4) = cos(−3π/4) = −√2/2 — обидва підходять. Але така перевірка відсіює лише формули, що дають зайві значення (неправильний період чи знак). Вона не доводить, що формула дає всі корені: варіант 3π/4 + 2πn теж її пройде. Тому звір також кількість серій і період із загальною формулою.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тут зібрано відповіді на найпоширеніші запитання, які виникають під час вивчення найпростіших тригонометричних рівнянь.
Чому в розв'язку для косинуса стоїть «±», а для синуса — (−1)ⁿ?
На одиничному колі рівняння cos x = a дає дві точки, симетричні відносно горизонтальної осі. Їхні кути відрізняються лише знаком: arccos a і −arccos a. Тому записують ±arccos a. Для sin x = a дві точки симетричні відносно вертикальної осі: це arcsin a і π − arcsin a. Щоб записати їх однією формулою, використовують множник (−1)ⁿ, який чергує знак: при n парному маємо arcsin a, при n непарному — π − arcsin a.
Чому arccos(−1/2) дорівнює 2π/3, а не −π/3?
Арккосинус за означенням — це кут з відрізка [0; π]. Кут −π/3 не належить цьому проміжку (він від'ємний). Для від'ємних чисел діє правило arccos(−a) = π − arccos a. Отже, arccos(−1/2) = π − arccos(1/2) = π − π/3 = 2π/3. Кут 2π/3 належить [0; π] і cos(2π/3) = −1/2. Не плутай з арксинусом: arcsin(−1/2) = −π/6, бо для арксинуса проміжок [−π/2; π/2] і правило arcsin(−a) = −arcsin a.
Чи можна записувати розв'язок sin x = a двома серіями замість формули з (−1)ⁿ?
Так, можна. Замість x = (−1)ⁿ arcsin a + πn пишуть дві серії: x = arcsin a + 2πn і x = π − arcsin a + 2πn. Обидва записи рівносильні. На НМТ у варіантах відповідей може трапитися будь-яка з цих форм. Головне — пам'ятати, що період кожної серії 2π, а в компактній формі — πn.
Як розв'язати sin 2x = a — ділити на 2 треба й період?
Так, ділити на 2 треба і головний доданок (arcsin a), і період (πn). Наприклад, sin 2x = √3/2. Спочатку записуємо: 2x = (−1)ⁿ · π/3 + πn. Потім ділимо все на 2: x = (−1)ⁿ · π/6 + πn/2. Поширена помилка — ділити лише π/3, залишаючи πn без змін: x = (−1)ⁿ · π/6 + πn — це неправильно, бо при n = 1 отримаємо x = −π/6 + π = 5π/6, а sin(2 · 5π/6) = sin(5π/3) = −√3/2, а не √3/2.
Що означає запис n ∈ Z у відповіді?
Запис n ∈ Z читають «n належить множині цілих чисел». Це означає, що n може бути будь-яким цілим числом: …, −3, −2, −1, 0, 1, 2, 3, … . Кожне таке n дає один конкретний кут-розв'язок. Наприклад, для x = π/6 + 2πn при n = 0 маємо x = π/6, при n = 1 — x = π/6 + 2π = 13π/6, при n = −1 — x = π/6 − 2π = −11π/6. Усі ці кути задовольняють рівняння.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Збери найважливіші формули й правила в одному місці — для швидкого повторення перед НМТ.
cos x = a: x = ±arccos a + 2πn, n ∈ Z (|a| ≤ 1)
sin x = a: x = (−1)ⁿ arcsin a + πn, n ∈ Z (|a| ≤ 1)
tg x = a: x = arctg a + πn, n ∈ Z (для будь-якого a)
|a| > 1 — рівняння sin x = a і cos x = a розв'язків не мають
sin x = 0 ⇒ x = πn; cos x = 0 ⇒ x = π/2 + πn
cos x = 1 ⇒ x = 2πn; sin x = 1 ⇒ x = π/2 + 2πn
cos x = −1 ⇒ x = π + 2πn; sin x = −1 ⇒ x = −π/2 + 2πn
arccos(−a) = π − arccos a; arcsin(−a) = −arcsin a; arctg(−a) = −arctg a
У рівнянні з аргументом kx + b ділимо на k і головний доданок, і період
Загальних формул розв'язків немає в довідці — вчи напам'ять
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Обчисли arcsin(−1/2).
2. Обчисли arccos(−1/2).
3. Розв'яжи рівняння sin x = 1.
4. Розв'яжи рівняння tg 2x = −√3.
5. Розв'яжи рівняння cos x = 0.
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест