CHUYÊN ĐỀ 1: HÀM SỐ LƯỢNG GIÁC VÀ PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC
HÀM SỐ LƯỢNG GIÁC
A. TĨM TẮT LÍ THUYẾT
I. Các công thức lượng giác
1. Các hằng đẳng thức:
* sin2 cos2 1
với mọi
với mọi
* tan .cot 1
* 1 tan2
* 1 cot 2
1
cos2
1
sin 2
k
2
với mọi k2
với mọi k
2. Hệ thức các cung đặc biệt
a.Hai cung đối nhau: và
cos() cos
tan() tan
b. Hai cung phụ nhau: và
sin() sin
cot() cot
2
) sin
2
tan( ) cot
2
sin( ) cos
2
cot( ) tan
2
cos(
c. Hai cung bù nhau: và
sin( ) sin
tan( ) tan
cos( ) cos
cot( ) cot
d) Hai cung hơn kém nhau : và
sin( ) sin
tan( ) tan
3. Các công thức lượng giác
a. Công thức cộng
cos(a b) cosa.cos b
tan(a b)
sina.sin b
cos( ) cos
cot( ) cot
sin(a b) sina.cos b cosa.sin b
tana tan b
1 tana.tan b
b) Công thức nhân
sin 2a 2sinacosa
cos 2a cos2 a sin2 a 1 2sin2 a 2cos2 a 1
sin 3a 3sina 4sin3 a
cos3a 4cos3 a 3cosa
c. Công thức hạ bậc
1 cos 2a
2
1 cos 2a
tan 2 a
1 cos 2a
sin 2 a
cos2 a
d. Cơng thức biến đổi tích thành tổng
1
cosa.cos b [cos(a b) cos(a b)]
2
1
1 cos 2a
2
1
sina.sin b [cos(a b) cos(a b)]
2
1
sina.cos b [sin(a b) sin(a b)] .
2
e. Cơng thức biến đổi tổng thành tích
ab
ab
.cos
2
2
ab
ab
sina sin b 2 sin
.cos
2
2
sin(a b)
tan a tan b
cosa cos b
ab
ab
.sin
2
2
ab
ab
s ina - sin b 2 cos
.sin
2
2
sin(a b)
.
tan a tan b
cosa cos b
cosa cos b 2 cos
cosa cos b 2 sin
II. Tính tuần hồn của hàm số
Định nghĩa: Hàm số y f(x) xác định trên tập D được gọi là hàm số tuần hồn nếu có số T 0 sao
cho với mọi x D ta có
x T D và f(x T) f(x) .
Nếu có số T dương nhỏ nhất thỏa mãn các điều kiện trên thì hàm số đó được gọi là hàm số tuần
hồn với chu kì T .
III. Các hàm số lượng giác
1. Hàm số y sin x
Tập xác định: D R
Tập giác trị: [ 1;1] , tức là 1 sin x 1 x R
Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng (
k2; k2) , nghịch biến trên mỗi khoảng
2
2
3
( k2;
k2) .
2
2
Hàm số y sin x là hàm số lẻ nên đồ thị hàm số nhận gốc tọa độ O làm tâm đối xứng.
Hàm số y sin x là hàm số tuần hoàn với chu kì T 2 .
Đồ thị hàm số y sin x .
y
-
-5
2
-3
-
-2
-3
3
2
O
1
2
2
2
3
2
5
x
2
2
2. Hàm số y cos x
Tập xác định: D R
Tập giác trị: [ 1;1] , tức là 1 cos x 1 x R
Hàm số y cos x nghịch biến trên mỗi khoảng (k2; k2) , đồng biến trên mỗi khoảng
( k2; k2) .
Hàm số y cos x là hàm số chẵn nên đồ thị hàm số nhận trục Oy làm trục đối xứng.
Hàm số y cos x là hàm số tuần hồn với chu kì T 2 .
Đồ thị hàm số y cos x .
2
Đồ thị hàm số y cos x bằng cách tịnh tiến đồ thị hàm số y sin x theo véc tơ v ( ; 0) .
2
y
2
1
-
-5
-
-2
2
-3
-3
3
O
3
2
2
5
2
2
x
2
3. Hàm số y tan x
Tập xác định : D
\ k, k
2
Tập giá trị:
Là hàm số lẻ
Là hàm số tuần hoàn với chu kì T
Hàm đồng biến trên mỗi khoảng k; k
2
2
Đồ thị nhận mỗi đường thẳng x
Đồ thị
k, k
2
làm một đường tiệm cận.
y
-
-2
-5
-3
2
2
-
2
2
5
3
2
2
x
2
O
4. Hàm số y cot x
Tập xác định : D \k, k
Tập giá trị:
Là hàm số lẻ
Là hàm số tuần hồn với chu kì T
Hàm nghịch biến trên mỗi khoảng k; k
Đồ thị nhận mỗi đường thẳng x k, k
Đồ thị
làm một đường tiệm cận.
y
-
-2
-5
-3
2
2
-
2
2
5
3
2
O
3
2
2
x
B.PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN.
Vấn đề 1. Tập xác định và tập giá trị của hàm số
Phương pháp .
Hàm số y f(x) có nghĩa f(x) 0 và f(x) tồn tại
1
có nghĩa f(x) 0 và f(x) tồn tại.
f(x)
sin u(x) 0 u(x) k, k
Hàm số y
cos u(x) 0 u(x)
k, k
2
.
1 sin x, cos x 1 .
Các ví dụ
Ví dụ 1. Tìm tập xác định của hàm số sau:
6
2. y cot 2 (
1. y tan(x )
2
3x)
3
Lời giải.
6
6
2
1. Điều kiện: cos(x ) 0 x k x
2
k
3
2
\ k, k .
3
2
2
2
2. Điều kiện: sin( 3x) 0 3x k x k
3
3
9
3
2
TXĐ: D \ k , k .
3
9
TXĐ: D
Ví dụ 2. Tìm tập xác định của hàm số sau:
1. y
tan 2x
cot(3x )
sin x 1
6
2. y
Lời giải.
sin x 1
x k2
2
1. Điều kiện:
sin(3x ) 0
x k
6
18 3
n
Vậy TXĐ: D \ k2, ; k,n
18 3
2
2
2. Ta có: sin 4x cos 3x sin 4x sin 3x
x
7x
2 cos sin
2 4
2 4
4
tan 5x
sin 4x cos 3x
x 10 k 5
cos
5x
0
x
Điều kiện: cos 0 x k2
2
2 4
k2
7x
0
sin
x 14 7
2 4
Vậy TXĐ: D
k
2m
\
, n2,
.
10
5
2
14
7
CÁC BÀI TỐN LUYỆN TẬP
Bài 1 Tìm tập xác định của hàm số sau:
1 sin 2x
cos 3x 1
3. y tan(2x )
4
1. y
2. y
1 cos 3x
1 sin 4x
4. y
1 cot 2 x
1 sin 3x
Bài 2 Tìm tập xác định của hàm số sau:
1
sin 2x cos 3x
cot x
3. y
2 sin x 1
1. y
tan 2x
2. y
3 sin 2x cos 2x
4. y tan(x ).cot(x )
4
3
Bài 3 Tìm tập xác định của hàm số sau:
2. y tan 3x.cot 5x
1. y tan(2x )
3
4. y tan 3x cot(x )
2 sin x
3
3. y
2
tan
4x
tan x
6. y
cos 4x sin 3x
sin 3x
5. y
sin 8x sin 5x
Vấn đề 2. Tính chất của hàm số và đồ thị hàm số
Phương pháp .
Cho hàm số y f(x) tuần hồn với chu kì T
* Để khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số, ta chỉ cần khảo sát và vẽ đồ thị hàm số trên một
đoạn có độ dài bằng T sau đó ta tịnh tiến theo các véc tơ k.v (với v (T; 0), k ) ta được toàn bộ
đồ thị của hàm số.
* Số nghiệm của phương trình f(x) k , (với k là hằng số) chính bằng số giao điểm của hai đồ thị
y f(x) và y k .
* Nghiệm của bất phương trình f(x) 0 là miền x mà đồ thị hàm số y f(x) nằm trên trục Ox .
Chú ý:
Hàm số f(x) a sin ux bcos vx c ( với u,v
) là hàm số tuần hồn với chu kì T
2
(u,v)
(u,v) là ước chung lớn nhất).
) là hàm tuần hồn với chu kì T
Hàm số f(x) a.tan ux b.cot vx c (với u,v
5
.
(u,v)
(
Các ví dụ
Ví dụ 1.
Xét tính tuần hồn và tìm chu kì cơ sở của các hàm số : f(x) cos
3x
x
.cos
2
2
Lời giải.
Ta có f(x)
1
cos x cos 2x hàm số tuần hồn với chu kì cơ sở T0 2 .
2
Ví dụ 2. Xét tính tuần hồn và tìm chu kì cơ sở (nếu có) của các hàm số sau.
1. f(x) cos x cos 3.x
2. f(x) sin x2
Lời giải.
1. Giả sử hàm số đã cho tuần hồn có số thực dương T thỏa
f(x T) f(x) cos(x T) cos 3(x T) cos x cos 3x
cos T 1
cos 3T 1
Cho x 0 cos T cos 3T 2
m
T 2n
3
vơ lí, do m,n
n
3T 2m
m
là số hữu tỉ.
n
Vậy hàm số đã cho khơng tuần hồn.
2. Giả sử hàm số đã cho là hàm số tuần hoàn
T 0 : f(x T) f(x) sin(x T)2 sin x2 x
Cho x 0 sinT2 0 T2 k T k
f(x k ) f(x) x .
Cho x 2k ta có: f( 2k ) sin
f(x k ) sin
k2 k
2
k2
2
sin(k2) 0 .
sin 3k 2k 2 sin(2k 2)
f(x k ) 0 .
Vậy hàm số đã cho không phải là hàm số tuần hồn.
Ví dụ 3. Cho a, b,c,d là các số thực khác 0. Chứng minh rằng hàm số f(x) a sincx bcosdx là hàm
số tuần hoàn khi và chỉ khi
c
là số hữu tỉ.
d
Lời giải.
* Giả sử f(x) là hàm số tuần hoàn T 0 : f(x T) f(x) x
a sin cT bcosdT b
cosdT 1
a sin cT bcosdT b sin cT 0
Cho x 0,x T
dT 2n
c m
.
cT
m
d
2n
c
c k
2k 2l
* Giả sử k,l : . Đặt T
d
d l
c
d
Ta có: f(x T) f(x) x
f(x) là hàm số tuần hồn với chu kì T
6
2k 2l
.
c
d
Ví dụ 4. Cho hàm số y f(x) và y g(x) là hai hàm số tuần hoàn với chu kỳ lần lượt là T1 ,T2 .
Chứng minh rằng nếu
T1
là số hữu tỉ thì các hàm số f(x) g(x); f(x).g(x) là những hàm số tuần
T2
hồn.
Lời giải.
Vì
T1
là số hữu tỉ nên tồn tại hai số nguyên m,n; n 0 sao cho
T2
T1 m
nT1 mT2 T
T2 n
Khi đó f(x T) f(x nT1 ) f(x) và g(x T) g(x mT2 ) g(x)
f(x T) f(x)
. Từ đó ta có
g(x T) g(x)
Suy ra f(x T) g(x T) f(x) g(x) và f(x T).g(x T) f(x).g(x) ,
điều phải chứng minh.
Nhận xét:
) là hàm số tuần hồn với chu kì T
1. Hàm số f(x) a sin ux bcos vx c ( với u,v
2
(u,v)
(u,v) là ước chung lớn nhất).
) là hàm tuần hồn với chu kì T
2. Hàm số f(x) a.tan ux b.cot vx c (với u,v
.
(u,v)
CÁC BÀI TOÁN LUYỆN TẬP
Bài 1 Chứng minh rằng các hàm số sau là những hàm số tuần hoàn với chu kì cơ sở T0 .
1. f(x) sin x , T0 2
2. f(x) tan 2x,
T0
.
2
Bài 2 Xét tính tuần hồn và tìm chu kì cơ sở (nếu có) của các hàm số sau.
1. y sin 2x sin x
2. y tan x.tan 3x
3. y sin 3x 2cos 2x
Bài 3 Xét tính tuần hồn và tìm chu kì cơ sở (nếu có) của các hàm số sau
1. y sin 2x sin x
2. y tan x.tan 3x
3. y sin 3x 2cos 2x
4. y sin x
Vấn đề 3. Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị của hàm số
Các ví dụ
Ví dụ 1 Xét sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số sau y 2sin x
Lời giải.
Hàm số y 2sin x
TXĐ: D
Hàm số y 2sin x là hàm số lẻ
Hàm số y 2sin x là hàm tuần hoàn với chu kì T 2 .
Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng k2; k2 . Nghịch biến trên mỗi khoảng
2
k2; k2 .
2
7
(
Đồ thị hàm số đi quan các điểm (k; 0), k2; 2 .
2
y
-5
3
-
2
-3
2
x
2
O
5
2
2
2
Ví dụ 2 Xét sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số sau y tan 2x
Lời giải.
Hàm số y tan 2x
TXĐ: D
\ k ,k
2
4
Hàm số y tan 2x là hàm số lẻ
Hàm số y tan 2x là hàm tuần hoàn với chu kì T
.
2
Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng k; k .
4
Các đường tiệm cận: x k .
4
2
k
Đồ thị hàm số đi quan các điểm ( ; 0) .
2
y
-7
-5
-3
-
3
5
7
4
4
4
4
4
4
4
4
x
O
Ví dụ 2 Xét sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số sau y 1 2cos2 x
Lời giải.
Hàm số y 1 2cos2 x
Ta có: y 2 cos 2x
TXĐ: D
Hàm số y 2 cos 2x là hàm số chẵn
Hàm số y 2 cos 2x là hàm tuần hoàn với chu kì T .
Hàm số đồng biến trên mỗi khoảng k; k , nghịch biến trên mỗi khoảng k; k .
2
2
8
Đồ thị hàm số đi quan các điểm (
k
;1), k; 3 .
2
y
3
1
x
-2
-3
-
-
O
2
2
2
3
2
2
CÁC BÀI TOÁN LUYỆN TẬP
Bài 1: Xét sự biến thiên và vẽ đồ thị các hàm số y sin 2x
Bài 2: Xét sự biến thiên và vẽ đồ thị các hàm số y 2 cos x
Vấn đề 4. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của hàm số
Các ví dụ
Ví dụ 1. Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
1. y 4sin xcos x 1
2. y 4 3sin2 2x
Lời giải.
1 Ta có y 2sin 2x 1 .
Do 1 sin 2x 1 2 2sin 2x 2 1 2sin 2x 1 3
1 y 3 .
2
4
* y 1 sin 2x 1 2x k2 x k .
4
* y 3 sin 2x 1 x k .
Vậy giá trị lớn nhất của hàm số bằng 3 , giá trị nhỏ nhất bằng 1 .
2. Ta có: 0 sin2 x 1 1 4 3sin2 x 4
2
* y 1 sin2 x 1 cos x 0 x k .
* y 4 sin2 x 0 x k .
Vậy giá trị lớn nhất của hàm số bằng 4 , giá trị nhỏ nhất bằng 1 .
Ví dụ 2. Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
1. y 6cos2 x cos2 2x
2. y (4sin x 3cos x)2 4(4sin x 3cos x) 1
Lời giải.
1. Ta có: y 6cos2 x (2cos2 x 1)2 4cos4 x 2cos2 x 1
Đặt t cos2 x t 0;1 . Khi đó y 4t 2 2t 1 f(t)
t
0
1
7
f(t)
1
9
2
Vậy min y 1 đạt được khi cos x 0 x k
max y 1 đạt được khi cos2 x 1 x k
2. Đặt t 4sin x 3cosx 5 t 5 x
Khi đó: y t 2 4t 1 (t 2)2 3
2
Vì t
5; 5 7 t 2 3 0 (t 2) 49
Do đó 3 y 46
Vậy min y 3; max y 46 .
Ví dụ 3. Tìm tất cả các giá trị của tham số m để hàm số sau chỉ nhận giá trị dương :
y (3sin x 4cos x)2 6sin x 8cos x 2m 1
Lời giải.
Đặt t 3sin x 4cosx 5 t 5
Ta có: y t 2 2t 2m 1 (t 1)2 2m 2
Do 5 t 5 0 (t 1)2 36 y 2m 2 min y 2m 2
Hàm số chỉ nhận giá trị dương y 0 x min y 0
2m 2 0 m 1 .
Vậy m 1 là giá trị cần tìm.
Ví dụ 4. Tìm m để hàm số y 2sin2 x 4sin xcos x (3 2m)cos2 x 2 xác định với mọi x
Lời giải.
Hàm số xác định với mọi x
2sin2 x 4sin xcos x (3 2m)cos2 x 2 0 x
(1)
cos x 0 (1) đúng
cos x 0 khi đó ta có: (1) 2 tan2 x 4 tan x (3 2m) 2(1 tan2 x) 0
4 tan2 x 4 tan x 1 2m x
(2 tan x 1)2 2 2m x
2 2m 0 m 1
Ví dụ 5. Cho các góc nhọn x, y thỏa mãn sin2 x sin2 y sin(x y) () . Chứng minh rằng:
xy
2
Lời giải.
Ta có hàm số y sin x, y cos x đồng biến trên khoảng 0;
2
Và x, y, x, y 0; .
2
2
2
sin x sin y cos y
x
y
2
2
Giả sử x y
2
y x sin y sin
x cos x
2
2
Suy ra: sin2 x sin2 y sin x.sin x sin y.sin y
sin xcos y sin ycos x sin(x y)
Mâu thuẫn với ()
10
sin x sin y cos y
x
y
2
2
Giả sử x y
2
y x sin y sin
x cos x
2
2
Suy ra: sin2 x sin2 y sin x.sin x sin y.sin y
sin xcos y sin ycos x sin(x y)
Mâu thuẫn với ()
() đúng.
2
Vậy () x y .
2
Nếu x y
Ví dụ 6. Tìm gtln và gtnn của các hàm sau :
1. y 3sin x 4cos x 5
2. y
sin x 2 cos x 1
sin x cos x 2
Lời giải.
1. Xét phương trình : y 3sin x 4cos x 5
3sin x 4cos x 5 y 0 phương trình có nghiệm
32 42 (5 y)2 y2 10y 0 0 y 10
Vậy min y 0 ; max y 10 .
2. Do sin x cosx 2 0 x
hàm số xác định với x
sin x 2 cos x 1
Xét phương trình : y
sin x cos x 2
(1 y)sin x (2 y)cos x 1 2y 0
Phương trình có nghiệm (1 y)2 (2 y)2 (1 2y)2
y2 y 2 0 2 y 1
Vậy min y 2; max y 1 .
CÁC BÀI TOÁN LUYỆN TẬP
Bài 1 Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
1. y 2sin x 3
2. y 1 2cos2 x 1
3. y 1 3sin 2x
4
4. y 3 2cos2 3x
6. y
4
5. y 1 2 sin 2x
1 2 sin 2 x
Bài 2 Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
2. y 3sin x 4cos x 1
1. y 2sin2 x cos2 2x
4. y 2sin2 x 3sin 2x 4cos2 x
3. y 3sin x 4cos x 1
5. y sin2 x 3sin 2x 3cos2 x
6. y 2sin 3x 1
8. y 1 2 4 cos 3x
10. y
3
2
1 2 sin x
7. y 3 4cos2 2x
9. y 4sin6x 3cos6x
11. y
3sin 2x cos 2x
sin 2x 4 cos2 x 1
11
Bài 3 Chứng minh đẳng thức sau: a sin x bcos x a2 b2 sin(x )
Trong đó 0; 2 và a, b khơng đồng thời bằng 0.
Bài 4 Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
3
2. y 3 2sin2 2x 4
1. y 2 cos(3x ) 3
4. y tan2 x 4 tan x 1
2
3. y sin x 2 sin x
5. y tan2 x cot 2 x 3(tan x cot x) 1
Bài 5 Tìm m để hàm số y 5sin 4x 6cos 4x 2m 1 xác định với mọi x .
Bài 6 Tìm tập giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của các hàm số sau.
1. y 2 3sin 3x
2. y 1 4sin2 2x
3. y 1 3 2sin x
4. y 3 2 2 sin2 4x
5. y 4sin 3x 3cos 3x 1
6. y 3 cos x sin x 4
sin 2x 2 cos 2x 3
7. y
2 sin 2 3x 4 sin 3x cos 3x 1
2 sin 2x cos 2x 4
8. y
sin 6x 4 cos 6x 10
9. y 3cos x sin x 2
11. y 3(3sin x 4cos x)2 4(3sin x 4cos x) 1
sin 2 2x 3sin 4x
10. y
2
2 cos 2x sin 4x 2
Bài 7 Tìm m để các bất phương trình sau đúng với mọi x
1. (3sin x 4cos x)2 6sin x 8cos x 2m 1
3sin 2x cos 2x
m 1
sin 2x 4 cos 2 x 1
4 sin 2x cos 2x 17
3.
2.
3cos 2x sin 2x m 1
Bài 8 Cho x, y 0; thỏa cos 2x cos 2y 2sin(x y) 2 . Tìm giá trị nhỏ nhất của
2
2.
P
sin 4 x cos4 y
.
y
x
Bài 9 Tìm k để giá trị nhỏ nhất của hàm số y
k sin x 1
lớn hơn 1 .
cos x 2
PHƯƠNG TRÌNH LƯỢNG GIÁC
A. TĨM TẮT LÍ THUYẾT
Dạng tốn 1: Phương trình lượng giác cơ bản
1. Phương trình: sin x m (1)
* Nếu: m 1 Phương trình vơ nghiệm
* Nếu: m 1 ; sin m
2 2
x k2
( k
(1) sin x sin
x k2
).
Chú ý : * Nếu thỏa mãn 2
2 thì ta viết arcsin m .
sin m
12
*Các trường hợp đặc biệt:
2
1. sin x 1 x k2
2
3. sin x 0 x k
2 sin x 1 x k2
2. Phương trình: cos x m (2)
* Nếu: m 1 phương trình vơ nghiệm
* Nếu: m 1 [0; ] : cos m
x k2
( k Z ).
(2) cosx cos
x k2
0
Chú ý : * Nếu thỏa mãn
cos m
thì ta viết arccosm .
* Các trường hợp đặc biệt:
1. cos x 1 x k2
2. cosx 1 x k2
2
3. cos x 0 x k
3. Phương trình : tan x m (3)
Với m ; : tan m
2 2
(3) tanx tan x k .
Chú ý : * Nếu thỏa mãn 2
2 thì ta viết arctan m .
tan m
* Các trường hợp đặc biệt:
4
1. tan x 1 x k
4
2. tan x 1 x k
3. tan x 0 x k
4. Phương trình: cot x m (4)
2 2
(4) cot x cot x k .
Với m ( ; ) : cot m
Chú ý : * Nếu thỏa mãn 2
2 thì ta viết arccot m .
cot m
* Các trường hợp đặc biệt:
4
1. cot x 1 x k
4
2. co t x 1 x k
13
2
3. cot x 0 x k
Ghi chú:
u v k2
* sin u sin v
u v k2
(k )
* cosu cosv u v k2
(k )
u v k
(k,n )
u,v n
2
u v k
* cot u cot v
(k,n )
u,v n
* tan u tan v
Dạng 2. Phương trình bậc nhất đối với sinx và cosx
Là phương trình có dạng: a sin x bcos x c (1) ; với a, b,c và a2 b2 0 .
Cách giải: Chia hai vế cho a2 b2 và đặt
a
b
cos
;sin
.
2
2
2
2
a b
a b
c
c
(1) sin x.cos cosx.sin
sin(x )
(2).
a 2 b2
a 2 b2
Chú ý:
(1) có nghiệm (2) có nghiệm a2 b2 c2 .
1
3
cos x 2 sin(x )
sin x 3 cos x 2 sin x
2
2
3
3
1
sin x cos x 2 sin(x )
3 sin x cos x 2
2
6
2
1
1
sin x cos x 2
sin x
cos x 2 sin(x ) .
4
2
2
Dạng 3. Phương trình bậc hai chứa một hàm số lượng giác
2
sin u(x)
sin u(x)
cos u(x)
cos u(x)
b
c0
Là phương trình có dạng : a
tan u(x)
tan u(x)
cot u(x)
cot u(x)
sin u(x)
cos u(x)
Cách giải: Đặt t
ta có phương trình : at 2 bt c 0
tan u(x)
cot u(x)
Giải phương trình này ta tìm được t , từ đó tìm được x
sin u(x)
, ta co điều kiện: t 1;1
cos u(x)
Khi đặt t
Dạng 4. Phương trình đẳng cấp
Là phương trình có dạng f(sin x,cos x) 0 trong đó luỹ thừa của sinx và cosx cùng chẵn hoặc cùng
lẻ.
14
Cách giải: Chia hai vế phương trình cho cosk x 0 (k là số mũ cao nhất) ta được phương trình ẩn là
tan x .
Dạng 5. Phương trình đối xứng (phản đối xứng) đối với sinx và cosx
Là phương trình có dạng: a(sin x cos x) bsin xcos x c 0 (3)
Để giải phương trình trên ta sử dụng phép đặt ẩn phụ
t2 1
sin x cos x
t sin x cos x 2 sin x 2
4
t 2; 2
Thay và (5) ta được phương trình bậc hai theo t.
Ngồi ra chúng ta cịn gặp phương trình phản đối xứng có dạng
a(sin x cos x) bsin xcos x c 0 (3’)
t 2; 2
Để giải phương trình này ta cũng đặt t sin x cos x 2 sin x
1 t2
4
sin x cos x
2
Thay vào (3’) ta có được phương trình bậc hai theo t.
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN.
Vấn đề 1. Giải các phương trình lượng giác cơ bản
Các ví dụ
Ví dụ 1. Giải các phương trình sau:
1. sin x cos 2x 0
3. 2sin(2x 350 ) 3
2. cos2 x sin 2x 0
4. sin(2x 1) cos(3x 1) 0
Lời giải.
2
1. Phương trình cos 2x sin x cos( x)
2
x 6 k 3
2x 2 x k2
, k
x k2
2x x k2
2
2
.
2. Phương trình cos2 x 2sin xcos x 0
cos x 0
cos x 0
cos x(cos x 2 sin x) 0
tan x 1
2
sin
x
cos
x
2
x 2 k
,k .
x arctan 1 k
2
950
x
k.1800
0
0
0
2x
35
60
k360
3
2
3. Phương trình sin(2x 350 )
.
sin 600
2
2x 350 1800 600 k3600
1550
0
k.180
x
2
15
2
4. Phương trình cos(3x 1) sin(2x 1) cos 2x 1
x 2 2 k2
3x 1 2 2x 1 k2
.
x k 2
3x 1 2x 1 k2
10
5
2
Ví dụ 2. Giải các phương trình sau:
2. sin3 x sin 3x cos3 x cos 3x
1. cos x 2sin 2x 0
3. sin2 2x cos2 2x cos 3x
4. sin 2x.cos3x sin 5x.cos6x
5. sin x sin 2x sin 3x cosx cos2x cos3x
6. sin2 3x cos2 4x sin2 5x cos2 6x
7. cos2 3xcos 2x cos2 x 0
Lời giải.
1. Phương trình cos x 4sin xcos x 0 cos x(1 4sin x) 0
cos x 0
x 2 k
sin x 1
x arcsin 1 k2,x arcsin 1 k2
4
4
4
3sin
x
sin
3x
cos
3x
3cos x
2. Ta có sin3 x
; cos3 x
4
4
Nên phương trình đã cho tương đương với
sin 3x 3sin x sin 3x cos 3x cos 3x 3cos x
3 sin 3x sin x cos 3x cos x 1
3cos 4x
5
2
5
2
3
1
cos 4x x k , k
2
2
12
2
.
3. Phương trình sin2 2x cos2 2x cos 3x
cos 4x cos 3x cos 3x
2
4x 3x k2
x k
7
7
4x 3x k2
x k2
1
1
4. Phương trình sin 5x sin x sin11x sin x
2
2
sin 5x sin11x x k hoặc x
k
6
16
8
5. Phương trình (sin x sin 3x) sin 2x (cos x cos 3x) cos 2x
2sin 2xcosx sin 2x 2cos2xcosx cos2x
2
1
x 3 k2
cos
x
.
(2cos x 1)(sin 2x cos 2x) 0
2
x k
sin 2x cos 2x
8
2
16
5
2
6. Áp dụng cơng thức hạ bậc, ta có:
1 cos 6x 1 cos 8x 1 cos10x 1 cos12x
2
2
2
2
cos6x cos8x cos10x cos12x
x 2 k
cos x 0
.
2 cos7x cos x 2 cos11x cos x
x k ; x k
cos11x cos7x
2
9
7. Phương trình (1 cos6x)cos 2x 1 cos 2x 0
cos6x.cos 2x 1 0 cos8x cos 4x 2 0
2cos2 4x cos 4x 3 0 cos 4x 1 x k .
2
Phương trình
Nhận xét:
* Ở cos6x.cos 2x 1 0 ta có thể sử dụng công thức nhân ba, thay cos6x 4cos3 2x 3cos 2x và
chuyển về phương trình trùng phương đối với hàm số lượng giác cos 2x .
* Ta cũng có thể sử dụng các cơng thức nhân ngay từ đầu, chuyển phương trình đã cho về phương
trình chỉ chứa cosx và đặt t cos2 x
Tuy nhiên cách được trình bày ở trên là đẹp hơn cả vì chúng ta chỉ sử dụng công thức hạ bậc và
công thức biến đổi tích thành tổng .
Ví dụ 3 Giải các phương trình sau:
1. 3sin x 4cos x 0
2. sin 2x 3 cos 2x 1
3. 2sin 3x 5 cos 3x 5
4. 3cos x 3 sin x 1
5. sin7x cos 2x 3(sin 2x cos7x)
6. sin 3x 3 cos 3x 2sin 2x
7. sin x cos xsin 2x 3 cos 3x 2(cos 4x sin3 x)
Lời giải.
1. Phương trình 3sin x 4 cos x tan x
3
4
4
x arctan k .
3
3
3
1
2
2. Phương trình 2 sin(2x ) 1 sin(2x ) sin
2x 3
2x
3
k2
x k
6
12
, k
5
k2
x k
6
4
3. Ta có 22
5
2
.
9 52 phương trình vơ nghiệm.
4. Phương trình 3 cos x sin x
x
6
1
arccos
k2 , k
6
2 3
1
cos(x )
6
3
2 3
1
.
5. Phương trình sin7x 3 cos7x 3 sin 2x cos 2x
7x x k2
x k
6
3
36
3 , k
cos(7x ) cos(x )
6
3
7x x k2
x
k
6
3
16
4
17
.
3x 2x k2
3
6. Phương trình sin(3x ) sin 2x
3
3x 2x k2
3
x 3 k2
, k .
x 4 k 2
15
5
3
1
3
1
7. Phương trình sin x sin 3x 3 cos 3x 2 cos 4x sin x sin 3x
2
2
2
2
x 6 k2
.
sin 3x 3 cos 3x 2cos 4x cos(3x ) cos 4x
3
x k 2
42
7
Ví dụ 4. Giải các phương trình sau:
2. tan sin x 1 1
4
1. cos( sin x) cos(3 sin x)
Lời giải.
3 sin x sin x k2
sin x k
1. Phương trình
sin x n
3 sin x sin x n2
2
và 1 sin x 1 nên ta có các giá trị của k : 1,0,1
Xét phương trình sin x k . Do k
Từ đó ta có các nghiệm: x m,x m, m
2
n
Xét phương trình sin x . Ta có các giá trị của n là: n 2,n 1,n 0
2
Từ đó ta tìm được các nghiệm là: x l,x l,x l, l
2
6
Vậy nghiệm của phương trình đã cho là:
x m,x
m,x m m
2
6
sin x 1 k
4
4
sin x 1 1 4k sin x 4k sin x 0 x m , m
.
2. Phương trình
.
Ví dụ 5. Giải các phương trình sau:
1. 3 1 sin x 3 1 cos x 2 2 sin 2x
2. 3sin2 x 5cos2 x 2cos 2x 4sin 2x
3. 5sin x 2 3 1 sin x tan2 x
x
x
4. sin2 tan2 x cos2 0
2
2 4
Lời giải.
1. Phương trình 3 sin x cos x 3 cos x sin x 2 2 sin 2x
7
sin(x ) cos(x ) 2 sin 2x sin(x ) sin 2x
6
6
12
18
7
7
x 12 k2
2x x 12 k2
.
x 5 k 2
2x x 7 k2
36
3
12
2. Phương trình đã cho tương đương với
3sin2 x 5cos2 x 2(cos2 x sin2 x) 8sin xcos x
5sin2 x 8sin xcos x 3cos2 x 0
5tan2 x 8 tan x 3 0 tan x 1 hoặc tan x
3
5
3
k hoặc x arctan k
4
5
3. Điều kiện : cos x 0 x k
2
x
Phương trình 5sin x 2 3(1 sin x)
5sin x 2 3(1 sin x)
sin 2 x
cos2 x
sin2 x
1 sin 2 x
sin 2 x
(5sin x 2)(1 sin x) 3sin 2 x
1 sin x
x k2
1
6
.
2sin2 x 3sin x 2 0 sin x sin
5
2
6
x k2
6
4. Điều kiện : cos x 0 x k .
2
5sin x 2 3
sin2 x
cos2 x
Phương trình 1 cos(x )
2
(1 sin x)
sin2 x
1 sin2 x
(1 cos x) 0
(1 cos x) 0
sin 2 x
(1 cos x) 0
1 sin x
(1 cos2 x) (1 cos x)(1 sin x) 0
x k2
cos x 1
.
(1 cos x)(cos x sin x) 0
tan x 1 x k
4
Ví dụ 6. Giải các phương trình sau:
1. sin3 x cos3 x sin x cos x
3. sin2 x 3tan x cos x 4sin x cos x
2. 2cos3 x sin 3x
Lời giải.
1. Phương trình sin3 x cos3 x (sin x cos x)(sin2 x cos2 x)
2cos3 x sin xcos2 x cos x.sin2 x 0
19
cos x sin2 x sin xcos x 2cos2 x 0
cos x 0 x
k (Do sin2 x sin xcos x 2cos2 x 0 x
2
)
2. Phương trình 2cos3 x 3sin x 4sin3 x
4sin3 x 2cos3 x 3sin x(sin2 x cos2 x) 0
sin3 x 3sin xcos2 x 2cos3 x 0
tan3 x 3tan x 2 0 (do cos x 0 không là nghiệm của hệ)
(tan x 1)(tan2 x tan x 2) 0
tan x 1
x k
4
tan x 2
x arctan( 2) k
3. Điều kiện: cos x 0
Phương trình tan2 x 3tan x(1 tan2 x) 4 tan x 1
3tan3 x tan2 x tan x 1 0
(tan x 1)(3tan2 x 2 tan x 1) 0
tan x 1 x
k .
4
Ví dụ 7. Giải các phương trình sau:
1. sin2 x 5sin xcos x 6cos2 x 0
2. sin2 x 3sinx.cosx 1
3. 3sin2 x 5cos2 x 2cos 2x 4sin 2x
4. sin3 x cos3 x sin x cos x
Lời giải.
1. Nhận thấy cos x 0 khơng là nghiệm của phương trình nên chia hai vế của phương trình cho
cos2 x ta được:
t tan x tan x 1
x k
.
tan 2 x 5 tan x 6 0
4
tan x 6
x arctan 6 k
2. Phương trình sin2 x 3sin x.cos x (sin2 x cos2 x)
2sin2 x 3cos xsin x cos2 x 0
Do cos x 0 khơng là nghiệm của phương trình nên chia hai vế phương trình cho cos2 x ta được:
x k
4
.
2 tan 2 x 3 tan x 1 0
tan x 1
1
x arctan k
2
2
t tan x tan x
1
3. Phương trình đã cho tương đương với
3sin2 x 5cos2 x 2(cos2 x sin2 x) 8sin xcos x
5sin2 x 8sin xcos x 3cos2 x 0
1
x k
4
5 tan 2 x 8 tan x 3 0
.
tan x 3
3
x arctan k
5
5
t tan x tan x
4. Phương trình sin3 x cos3 x (sin x cos x)(sin2 x cos2 x)
2cos3 x sin xcos2 x cos x.sin2 x 0
20
cos x sin2 x sin xcos x 2cos2 x 0
cos x 0 x
k
2
1
2
7
(Do sin 2 x sin x cos x 2 cos2 x sin x cos x cos2 x 0 ).
2
4
Ví dụ 8. Giải các phương trình sau:
1. cos3x cos2x cosx 1 0
3.
1
sin x
1
sin(x
3
)
2
4 sin(
7
x)
4
2. 3cos 4x 8cos6 x 2cos2 x 3 0
4. 2sin x(1 cos 2x) sin 2x 1 2cos x
Lời giải.
1. Ta thấy trong phương trình chứa ba cung x,2x,3x nên ta tìm cách đưa về cùng một cung x .
Phương trình 4cos3 x 3cos x (2cos2 x 1) cos x 1 0
2cos3 x cos2 x 2cos x 1 0 .
Đặt t cos x, t 1 .
1
2
Ta có: 2t 3 t 2 2t 1 0 (t 2 1)(2t 1) 0 t 1,t .
* t 1 cosx 1 sin x 0 x k
1
2
1
2
* t cos x cos
2
2
x
k2 .
3
3
Chú ý: Ta có thể giải bài tốn trên theo cách sau
phương trình cos 3x cos x (1 cos 2x) 0
2sin 2xsin x 2sin 2 x 0 sin 2 x(2cos x 1) 0
x k
sin x 0
.
x 2 k2
cos x 1
3
2
2. Vì trong phương trình chứa các cung x,4x hơn nữa cịn chứa hàm số cơsin lũy thừa chẵn nên ta
nghĩ tới cách chuyển về cung 2x .
Phương trình 3(2cos2 2x 1) (1 cos 2x)3 1 cos 2x 3
cos 2x 0
x k
cos 2x(cos2 2x 3cos 2x 2) 0
4
2.
cos 2x 1
x k
3 7
3. Trong phương trình có ba cung x; x ; x nên ta tìm cách chuyển ba cung này về cùng một
2 4
cung x
Ta có: sin(x
3
) sin (x ) 2 sin(x ) cos x
2
2
2
7
1
x) sin 2 (x ) sin(x )
sin x cos x
4
4
4
2
1
1
2 2(sin x cos x)
Phương trình
sin x cos x
sin(
(sin x cos x)( 2 sin 2x 1) 0 .
21
sin x cos x 0
x k
4
.
1
sin 2x
5
x k; x
k
2
8
8
4. Ta chuyển cung 2x về cung x.
Phương trình 4sin xcos2 x 2sin xcos x 1 2cos x
2sin xcos x(2cos x 1) 2cos x 1
x 4 k
.
(2 cos x 1)(sin 2x 1) 0
x 2 k2
3
Ví dụ 8. Giải các phương trình sau:
1. 4 cos 3xcos3 x sin 3xsin 3 x 3 sin 6x 1 3 cos 4 x sin 4 x
2. 4 sin
4
x cos4 x sin 4x
3 1 tan 2x tan x 3
3.
4.
Lời giải.
1. Ta có: 4 cos 3xcos3 x sin 3xsin3 x 3 cos 2x cos6x và cos4 x sin4 x cos 2x nên
Phương trình 3cos 2x cos6x 3 sin6x 1 3cos 2x
3 sin6x 1 cos6x 2 3 sin 3xcos 3x 2sin 2 3x
2sin 3x
3 cos 3x sin 3x 0 .
3
9
x k
cos 2x 0
4
2.
2. Điều kiện
cos
x
0
x k
2
3
Suy ra nghiệm cần tìm là x k ; x k .
Ta có : 4 sin4 x cos4 x 4 2 sin2 2x 3 cos 4x
sin 2x sin x cos 2xcos x sin 2xsin x
.
cos 2x cos x
cos 2xcos x
cos 2x x
1
.
cos 2x cos x cos 2x
sin 4x
Phương trình đã cho 3 cos 4x 3 sin 4x
3
cos 2x
cos 4x 3 sin 4x 2sin 2x sin(4x ) sin 2x .
6
1 tan 2x tan x 1
Từ đó ta tìm được nghiệm thỏa mãn phương trình là:
x
5 k
.
k; x
12
36 3
22
Ví dụ 10. Chứng minh rằng hàm số sau chỉ nhận giá trị dương :
y sin2 x 14sinx.cosx 5cos2 x 3.3 33
Lời giải.
Nếu cos x 0 y 1 3.3 33 0
Với cos x 0 ta có: y
(1 3 3 33) tan 2 x 14 tan x 3 3 33 5
cos2 x
Vì 7 2 (1 3.3 33)(3.3 33 5) 0
Suy ra (1 33 33)tan2 x 14 tan x 3 3 33 5 0 x .
Suy ra điều phải chứng minh.
Ví dụ 11.
1. Cho tan ,tan là hai nghiệm của phương trình x2 6x 2 0 . Tính giá trị của biểu thức sau
P sin2 ( ) 5sin(2 2) 2.cos2 ( )
2. Cho tan ,tan là hai nghiệm của phương trình x2 bx c 0 ( c 1 ). Tính giá trị của biểu thức
P a.sin2 ( ) bsin(2 2) c.cos2 ( ) theo a, b,c
Lời giải.
1. Theo định lí Viét ta có: tan tan 6, tan .tan 2
Suy ra tan( )
tan tan
2.
1 tan .tan
Ta có: P(1 tan2 ( ))
P
P
2
cos ( )
2
tan ( ) 10 tan( ) 2
2
1 tan ( )
tan2 ( ) 10 tan( ) 2
4 20 2
18
1 4
5
2. Theo định lí Viét ta có: tan tan b,tan .tan c
Suy ra tan( )
tan tan
b
.
1 tan .tan 1 c
Ta có: P(1 tan2 ( ))
P
2
cos ( )
2
a tan ( ) 2btan( ) c
P
a tan 2 ( ) 2b tan( ) c
1 tan 2 ( )
ab2 2b2 (1 c) c(1 c)2
(1 c)2 b2
a.
b2
(1 c)2
1
2b2
c
1 c
b2
(1 c)2
.
23
CÁC BÀI TỐN LUYỆN TẬP
Bài 1 Giải các phương trình sau:
1
3
2
4. sin(2x 1) cos(2 x)
1. sin 2x
3
2
2. cos 3x 150
1 1
3. sin(4x )
2 3
6. 2 cot
5. 2cos x 2 0
Bài 2 Giải các phương trình sau:
3
1
2
1
3. tan(2x 1)
4
5. sin 3x sin 5x
7. sin(4x ) sin(2x ) 0
4
3
9. sin2 2x cos2 (x )
4
11. sin 2x 3sin 4x 0
1. sin(4x )
2x
3
3
3
2
2. cos(150 3x)
3x
) 3
2 3
6. sin(4x ) cos x
8
8. cos7x sin(2x ) 0
5
4. cot(
10. sin2 x cos2 4x 2
12. 6sin 4x 5sin8x 0
Bài 3 Giải các phương trình sau:
3
3. sin 2x 2cos 2x 0
1. tan(3x ) 3
3
4. tan 2x tan x
Bài 4 Giải các phương trình sau:
1. 3 tan 2x 3 0
3. sin(2x 1) cos(3x 1) 0
2. cos2 x sin 2x 0
4
3
4. sin(4x ) sin(2x ) 0
5
5. cos7x sin(2x ) 0
4
8. sin 2x 3sin 4x 0
6. sin2 2x cos2 (x )
7. sin2 x cos2 4x 1
9. 6sin 4x 5sin8x 0
Bài 5 Giải các phương trình sau:
2. cot 2x.sin 3x 0
4. cot 5x.cot 8x 1
6. 1 x 1 x cos x 0
cos 2x
0
1 sin 2x
3. tan 3x tan 4x
1.
5.
1
2. cot(4x 200 )
2
4 x sin 2x 0
4
7. tan2 x cot 2 x 1 cos2 (3x )
Bài 5 Giải các phương trình sau:
1. cos(
2
2
sin x ) 1
3
3
Bài 6 Giải các phương trình sau:
1. 3 sin 2x cos 2x 1 0
3. sin 3x 3 cos 3x 2cos 5x
5.
2. cot cos x 1 1
4
2. 3sin 4x 4cos 4x 1
4. sin x(sin x 2cos x) 2
6. 4 sin4 x cos4 x 3 sin 4x 2
3(sin 2x cos7x) sin7x cos 2x
8.
1 cos x cos 2x cos 3x
2
2 cos x cos x 1
24
2
(3 3 sin x)
3
7. sin x 2 sin x 1
4
10. 2 2 sin x cos x cos x 3 cos 2x
cos x 2 sin x.cos x
9.
3
2 cos2 x sin x 1
Bài 7 Giải các phương trình sau:
1. 3cos 4x sin2 2x cos 2x 2 0
3. 3 tan x cot x 3 1 0
5. 1 sin x 1 cos x 2
6. sin 2x 4 sin x cos x 4
8. cos3 x sin3 x 1
Bài 8 Giải các phương trình sau:
1. 2sin2 x 5sin x 3 0
3.
2 tan x
1 tan 2 x
2.
1
sin 2 x
3cot x 1 0
4. cos 2x 3cos x 4 cos2
7. 2 sin x cos x tan x cot x
2. 2cos2 2x 2
3 1 cos 2x 3 0
4. cos 2x 5sin x 3 0
5
7. 5 1 cos x 2 sin4 x cos4 x
0
1 tan 2 x
5
7
8. sin 2x 3cos x 1 2 sin x
2
2
9. 7 cos x 4cos3 x 4sin 2x
10.
Bài 9 Giải các phương trình sau:
1. 2cos2 x 6sin xcos x 6sin2 x 1
3. cos2 x sin xcos x 2sin2 x 1 0
5. 2 2 sin x cos x cos x 3 2cos2 x
cos 4x cos2 3x
2. cos2 x 3 sin 2x 1 sin2 x
4. cos2 x 3 sin xcos x 1 0
6. tan x cot x 2 sin 2x cos 2x
7. 2cos3 x sin 3x
8. 4sin3 x 3cos3 x 3sin x sin2 xcos x 0
Bài 10 Giải các phương trình sau:
1. 3 sin 2x cos 2x 2
2. 4 sin x 3cos x
cos x 2 sin x.cos x
2 cos2 x sin x 1
3
Bài 11 Giải các phương trình sau:
1. 2sin 2x sin x cos x 1 0
4
6. 9 13cos x
3
5. 2 tan x 3
cos x
2
3.
x
2
3. sin 2x 2 sin x 1
4
5. cos x sin x 2sin 2x 1
6
6
4 sin x 3cos x 1
4. 4 sin4 x cos4 x 3 sin 4x 2
2. sin 2x 12 sin x cos x 12 0
4. 1 tan x 2 2 sin x
6. cos3 x sin3 x cos 2x
7. cos3 x sin3 x 2sin 2x sin x cos x
8. cosx
1
1
10
sinx
cos x
sin x 3
Bài 12 Giải các phương trình sau:
1. 2cos2 x 6sin xcos x 6sin2 x 1
3. 2 2 sin x cos x cos x 3 2cos2 x
2. cos2 x 3 sin 2x 1 sin2 x
4. tan x cot x 2 sin 2x cos 2x
5. 2cos3 x sin 3x
6. 4sin3 x 3cos3 x 3sin x sin2 xcos x 0
25