解
(tan(a))(1−tan2(a))=2cot2(a)
解
a=2.15228…+πn
+1
度
a=123.31684…∘+180∘n解答ステップ
(tan(a))(1−tan2(a))=2cot2(a)
両辺から2cot2(a)を引くtan(a)1−tan2(a)−2cot2(a)=0
簡素化 tan(a)1−tan2(a)−2cot2(a):tan(a)1−tan2(a)−2cot2(a)tan(a)
tan(a)1−tan2(a)−2cot2(a)
元を分数に変換する: 2cot2(a)=tan(a)2cot2(a)tan(a)=tan(a)1−tan2(a)−tan(a)2cot2(a)tan(a)
分母が等しいので, 分数を組み合わせる: ca±cb=ca±b=tan(a)1−tan2(a)−2cot2(a)tan(a)
tan(a)1−tan2(a)−2cot2(a)tan(a)=0
g(x)f(x)=0⇒f(x)=01−tan2(a)−2cot2(a)tan(a)=0
三角関数の公式を使用して書き換える
1−tan2(a)−2cot2(a)tan(a)
基本的な三角関数の公式を使用する: tan(x)=cot(x)1=1−(cot(a)1)2−2cot2(a)cot(a)1
簡素化 1−(cot(a)1)2−2cot2(a)cot(a)1:1−cot2(a)1−2cot(a)
1−(cot(a)1)2−2cot2(a)cot(a)1
(cot(a)1)2=cot2(a)1
(cot(a)1)2
指数の規則を適用する: (ba)c=bcac=cot2(a)12
規則を適用 1a=112=1=cot2(a)1
2cot2(a)cot(a)1=2cot(a)
2cot2(a)cot(a)1
分数を乗じる: a⋅cb=ca⋅b=cot(a)1⋅2cot2(a)
数を乗じる:1⋅2=2=cot(a)2cot2(a)
共通因数を約分する:cot(a)=2cot(a)
=1−cot2(a)1−2cot(a)
=1−cot2(a)1−2cot(a)
1−cot2(a)1−2cot(a)=0
置換で解く
1−cot2(a)1−2cot(a)=0
仮定:cot(a)=u1−u21−2u=0
1−u21−2u=0:u≈−0.65729…
1−u21−2u=0
以下で両辺を乗じる:u2
1−u21−2u=0
以下で両辺を乗じる:u21⋅u2−u21u2−2uu2=0⋅u2
簡素化
1⋅u2−u21u2−2uu2=0⋅u2
簡素化 1⋅u2:u2
1⋅u2
乗算:1⋅u2=u2=u2
簡素化 −u21u2:−1
−u21u2
分数を乗じる: a⋅cb=ca⋅b=−u21⋅u2
共通因数を約分する:u2=−1
簡素化 −2uu2:−2u3
−2uu2
指数の規則を適用する: ab⋅ac=ab+cuu2=u1+2=−2u1+2
数を足す:1+2=3=−2u3
簡素化 0⋅u2:0
0⋅u2
規則を適用 0⋅a=0=0
u2−1−2u3=0
u2−1−2u3=0
u2−1−2u3=0
解く u2−1−2u3=0:u≈−0.65729…
u2−1−2u3=0
標準的な形式で書く anxn+…+a1x+a=0−2u3+u2−1=0
ニュートン・ラプソン法を使用して −2u3+u2−1=0 の解を1つ求める:u≈−0.65729…
−2u3+u2−1=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=−2u3+u2−1
発見する f′(u):−6u2+2u
dud(−2u3+u2−1)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=−dud(2u3)+dud(u2)−dud(1)
dud(2u3)=6u2
dud(2u3)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud(u3)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2⋅3u3−1
簡素化=6u2
dud(u2)=2u
dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2u2−1
簡素化=2u
dud(1)=0
dud(1)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=−6u2+2u−0
簡素化=−6u2+2u
仮定: u0=−1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=−0.75:Δu1=0.25
f(u0)=−2(−1)3+(−1)2−1=2f′(u0)=−6(−1)2+2(−1)=−8u1=−0.75
Δu1=∣−0.75−(−1)∣=0.25Δu1=0.25
u2=−0.66666…:Δu2=0.08333…
f(u1)=−2(−0.75)3+(−0.75)2−1=0.40625f′(u1)=−6(−0.75)2+2(−0.75)=−4.875u2=−0.66666…
Δu2=∣−0.66666…−(−0.75)∣=0.08333…Δu2=0.08333…
u3=−0.65740…:Δu3=0.00925…
f(u2)=−2(−0.66666…)3+(−0.66666…)2−1=0.03703…f′(u2)=−6(−0.66666…)2+2(−0.66666…)=−4u3=−0.65740…
Δu3=∣−0.65740…−(−0.66666…)∣=0.00925…Δu3=0.00925…
u4=−0.65729…:Δu4=0.00010…
f(u3)=−2(−0.65740…)3+(−0.65740…)2−1=0.00042…f′(u3)=−6(−0.65740…)2+2(−0.65740…)=−3.90792…u4=−0.65729…
Δu4=∣−0.65729…−(−0.65740…)∣=0.00010…Δu4=0.00010…
u5=−0.65729…:Δu5=1.51148E−8
f(u4)=−2(−0.65729…)3+(−0.65729…)2−1=5.90512E−8f′(u4)=−6(−0.65729…)2+2(−0.65729…)=−3.90684…u5=−0.65729…
Δu5=∣−0.65729…−(−0.65729…)∣=1.51148E−8Δu5=1.51148E−8
u≈−0.65729…
長除法を適用する:u+0.65729…−2u3+u2−1=−2u2+2.31459…u−1.52137…
−2u2+2.31459…u−1.52137…≈0
ニュートン・ラプソン法を使用して −2u2+2.31459…u−1.52137…=0 の解を1つ求める:以下の解はない: u∈R
−2u2+2.31459…u−1.52137…=0
ニュートン・ラプソン概算の定義
f(u)=−2u2+2.31459…u−1.52137…
発見する f′(u):−4u+2.31459…
dud(−2u2+2.31459…u−1.52137…)
和/差の法則を適用: (f±g)′=f′±g′=−dud(2u2)+dud(2.31459…u)−dud(1.52137…)
dud(2u2)=4u
dud(2u2)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=2dud(u2)
乗の法則を適用: dxd(xa)=a⋅xa−1=2⋅2u2−1
簡素化=4u
dud(2.31459…u)=2.31459…
dud(2.31459…u)
定数を除去: (a⋅f)′=a⋅f′=2.31459…dudu
共通の導関数を適用: dudu=1=2.31459…⋅1
簡素化=2.31459…
dud(1.52137…)=0
dud(1.52137…)
定数の導関数: dxd(a)=0=0
=−4u+2.31459…−0
簡素化=−4u+2.31459…
仮定: u0=1Δun+1<になるまで un+1を計算する 0.000001
u1=0.28397…:Δu1=0.71602…
f(u0)=−2⋅12+2.31459…⋅1−1.52137…=−1.20678…f′(u0)=−4⋅1+2.31459…=−1.68540…u1=0.28397…
Δu1=∣0.28397…−1∣=0.71602…Δu1=0.71602…
u2=1.15391…:Δu2=0.86993…
f(u1)=−2⋅0.28397…2+2.31459…⋅0.28397…−1.52137…=−1.02537…f′(u1)=−4⋅0.28397…+2.31459…=1.17867…u2=1.15391…
Δu2=∣1.15391…−0.28397…∣=0.86993…Δu2=0.86993…
u3=0.49614…:Δu3=0.65777…
f(u2)=−2⋅1.15391…2+2.31459…⋅1.15391…−1.52137…=−1.51356…f′(u2)=−4⋅1.15391…+2.31459…=−2.30105…u3=0.49614…
Δu3=∣0.49614…−1.15391…∣=0.65777…Δu3=0.65777…
u4=3.11809…:Δu4=2.62195…
f(u3)=−2⋅0.49614…2+2.31459…⋅0.49614…−1.52137…=−0.86532…f′(u3)=−4⋅0.49614…+2.31459…=0.33003…u4=3.11809…
Δu4=∣3.11809…−0.49614…∣=2.62195…Δu4=2.62195…
u5=1.76452…:Δu5=1.35357…
f(u4)=−2⋅3.11809…2+2.31459…⋅3.11809…−1.52137…=−13.74928…f′(u4)=−4⋅3.11809…+2.31459…=−10.15778…u5=1.76452…
Δu5=∣1.76452…−3.11809…∣=1.35357…Δu5=1.35357…
u6=0.99203…:Δu6=0.77249…
f(u5)=−2⋅1.76452…2+2.31459…⋅1.76452…−1.52137…=−3.66430…f′(u5)=−4⋅1.76452…+2.31459…=−4.74350…u6=0.99203…
Δu6=∣0.99203…−1.76452…∣=0.77249…Δu6=0.77249…
u7=0.27025…:Δu7=0.72177…
f(u6)=−2⋅0.99203…2+2.31459…⋅0.99203…−1.52137…=−1.19348…f′(u6)=−4⋅0.99203…+2.31459…=−1.65353…u7=0.27025…
Δu7=∣0.27025…−0.99203…∣=0.72177…Δu7=0.72177…
u8=1.11489…:Δu8=0.84464…
f(u7)=−2⋅0.27025…2+2.31459…⋅0.27025…−1.52137…=−1.04192…f′(u7)=−4⋅0.27025…+2.31459…=1.23356…u8=1.11489…
Δu8=∣1.11489…−0.27025…∣=0.84464…Δu8=0.84464…
u9=0.44970…:Δu9=0.66519…
f(u8)=−2⋅1.11489…2+2.31459…⋅1.11489…−1.52137…=−1.42683…f′(u8)=−4⋅1.11489…+2.31459…=−2.14500…u9=0.44970…
Δu9=∣0.44970…−1.11489…∣=0.66519…Δu9=0.66519…
u10=2.16551…:Δu10=1.71580…
f(u9)=−2⋅0.44970…2+2.31459…⋅0.44970…−1.52137…=−0.88496…f′(u9)=−4⋅0.44970…+2.31459…=0.51576…u10=2.16551…
Δu10=∣2.16551…−0.44970…∣=1.71580…Δu10=1.71580…
解を見つけられない
解はu≈−0.65729…
u≈−0.65729…
解を検算する
未定義の (特異) 点を求める:u=0
1−u21−2u の分母をゼロに比較する
解く u2=0:u=0
u2=0
規則を適用 xn=0⇒x=0
u=0
以下の点は定義されていないu=0
未定義のポイントを解に組み合わせる:
u≈−0.65729…
代用を戻す u=cot(a)cot(a)≈−0.65729…
cot(a)≈−0.65729…
cot(a)=−0.65729…:a=arccot(−0.65729…)+πn
cot(a)=−0.65729…
三角関数の逆数プロパティを適用する
cot(a)=−0.65729…
以下の一般解 cot(a)=−0.65729…cot(x)=−a⇒x=arccot(−a)+πna=arccot(−0.65729…)+πn
a=arccot(−0.65729…)+πn
すべての解を組み合わせるa=arccot(−0.65729…)+πn
10進法形式で解を証明するa=2.15228…+πn