Trigonometria
Demonstre a identidade
tg2x+cotg2x=2(1−cos4x3+cos4x).Partimos do primeiro membro:
tg2x+cotg2x.Colocando as duas parcelas sobre o mesmo denominador:
tg2x+cotg2x=sen2xcos2xsen4x+cos4x.Como
sen4x+cos4x=(sen2x+cos2x)2−2sen2xcos2x,e
sen2x+cos2x=1,temos
sen4x+cos4x=1−2sen2xcos2x.Assim,
tg2x+cotg2x=sen2xcos2x1−2sen2xcos2x.Agora, usando
sen2x=2senxcosx,temos
sen2xcos2x=4sen22x.Portanto,
tg2x+cotg2x=sen22x4−2.Usando
sen22x=21−cos4x,obtemos
tg2x+cotg2x=1−cos4x8−2.Colocando tudo sobre o mesmo denominador:
tg2x+cotg2x=1−cos4x8−2(1−cos4x).Logo,
tg2x+cotg2x=1−cos4x6+2cos4x.Finalmente,
tg2x+cotg2x=2(1−cos4x3+cos4x).Portanto, a identidade está demonstrada.
Resolva a equação
tgα+tg(2α)=2tg(3α),sabendo-se que
α∈[0,2π).Inicialmente, devemos excluir os valores de α para os quais alguma das tangentes não está definida.
Como
α∈[0,2π),temos que tgα está definida.
Para tg(2α) estar definida, devemos ter
2α=2π,portanto,
α=4π.Também devemos ter tg(3α) definida. Assim,
3α=2π,23π,o que, no intervalo considerado, implica
α=6π,α=2π.Agora, façamos
t=tgα.Usando as fórmulas da tangente do arco duplo e triplo,
tg(2α)=1−t22te
tg(3α)=1−3t23t−t3.Substituindo na equação:
t+1−t22t=21−3t23t−t3.Colocando tudo no mesmo lado e simplificando:
(t−1)(t+1)(3t2−1)t(t2−3)(t2+1)=0.Como t é real,
t2+1=0.Logo,
t=0out2=3.Como
α∈[0,2π),temos t=tgα≥0. Portanto,
t=0out=3.Daí,
α=0ou
α=3π.Entretanto, α=3π não pode ser solução da equação original, pois
3α=πe, nesse caso, tg(3α)=tgπ=0 está definida.
Assim, verificando diretamente na equação, para α=3π temos
tg3π+tg32π=3−3=0,e
2tgπ=0.Portanto, α=3π também é solução.
Finalmente,
α∈{0,3π}.Calcule sen(x+y) em função de a e b, sabendo que o produto ab=0, que
senx+seny=ae que
cosx+cosy=b.Temos
senx+seny=ae
cosx+cosy=b.Multiplicando as duas igualdades:
ab=(senx+seny)(cosx+cosy).Desenvolvendo:
ab=senxcosx+senxcosy+senycosx+senycosy.Agrupando os termos:
ab=(senxcosx+senycosy)+(senxcosy+cosxseny).Pela identidade do seno da soma,
senxcosy+cosxseny=sen(x+y).Além disso,
senxcosx+senycosy=21(sen2x+sen2y).Usando a soma de senos:
sen2x+sen2y=2sen(x+y)cos(x−y).Portanto,
ab=sen(x+y)[1+cos(x−y)].Agora usamos
1+cos(x−y)=2cos22x−y.Entretanto, há uma maneira mais direta de obter o resultado.
Elevando as duas relações dadas ao quadrado e somando:
a2+b2=(senx+seny)2+(cosx+cosy)2.Desenvolvendo:
a2+b2=sen2x+cos2x+sen2y+cos2y+2(senxseny+cosxcosy).Como
sen2x+cos2x=1e
sen2y+cos2y=1,temos
a2+b2=2+2cos(x−y).Assim,
1+cos(x−y)=2a2+b2.Por outro lado,
ab=sen(x+y)[1+cos(x−y)].Substituindo:
ab=sen(x+y)2a2+b2.Logo,
sen(x+y)=a2+b22ab.Sabe-se que
y=2(1+4sen2x)2+2cos2x,∀x∈R.Uma outra expressão para y é
Começamos utilizando a identidade
cos2x=1−2sen2x.Assim,
2cos2x=21−2sen2x.Separando as potências:
2cos2x=22sen2x2=4sen2x2.Definindo, para simplificar a escrita,
a=4sen2x,temos
2cos2x=a2.Substituindo na expressão de y:
y=2(1+a)2+a2.Colocando 2 em evidência no numerador:
y=2(1+a)2(1+a1).Como
1+a1=a1+a,segue que
y=2(1+a)2a1+a.Cancelando os fatores comuns:
y=a1.Como a=4sen2x,
y=4sen2x1.Finalmente,
4sen2x=(22)sen2x=22sen2x.Portanto,
y=2−2sen2x.Resolva a equação
log(senx+cosx)(1+sen2x)=2,x∈[−2π,2π].Observe que
1+sen2x=1+2senxcosx.Como
(senx+cosx)2=sen2x+2senxcosx+cos2x,e
sen2x+cos2x=1,temos
1+sen2x=(senx+cosx)2.Portanto, a equação se transforma em
log(senx+cosx)[(senx+cosx)2]=2.Para que o logaritmo esteja definido, é necessário que
senx+cosx>0e
senx+cosx=1.A primeira condição pode ser escrita como
2cos(x−4π)>0.No intervalo
−2π≤x≤2π,isso ocorre quando
−4π<x≤2π.Agora, determinamos os pontos em que a base é igual a 1:
senx+cosx=1.No intervalo considerado, as soluções são
x=0ex=2π.Esses valores devem ser excluídos, pois a base do logaritmo não pode ser igual a 1.
Assim, o conjunto solução é
x∈(−4π,0)∪(0,2π).Resolva a equação
2sen11x+cos3x+3sen3x=0.Primeiramente, vamos transformar os dois últimos termos em uma única função trigonométrica.
Usando
2sen(3x+6π)=2(sen3xcos6π+cos3xsen6π),como
cos6π=23esen6π=21,obtemos
2sen(3x+6π)=3sen3x+cos3x.Assim, a equação torna-se
2sen11x+2sen(3x+6π)=0.Dividindo por 2:
sen11x+sen(3x+6π)=0.Aplicando a fórmula
senA+senB=2sen2A+Bcos2A−B,com
A=11xeB=3x+6π,temos
2sen(7x+12π)cos(4x−12π)=0.Portanto,
sen(7x+12π)=0ou
cos(4x−12π)=0.1. Primeira possibilidade
Temos
7x+12π=kπ,k∈Z.Logo,
7x=kπ−12π,e
x=7kπ−84π.2. Segunda possibilidade
Temos
4x−12π=2π+kπ,k∈Z.Assim,
4x=2π+12π+kπ=127π+kπ.Portanto,
x=487π+4kπ,k∈Z.Assim, o conjunto solução é
x=7kπ−84πoux=487π+4kπ,k∈Z.Calcule o valor exato de
sen[2arccot(34)]+cos[2arccosec(45)].Seja
θ=arccot(34).Então,
cotθ=34.Considerando o triângulo retângulo correspondente, podemos tomar os catetos como 4 e 3. Pelo Teorema de Pitágoras, a hipotenusa vale 5.
Assim,
senθ=53ecosθ=54.Usando a fórmula do seno do arco duplo:
sen2θ=2senθcosθ.Portanto,
sen2θ=2⋅53⋅54=2524.Agora, seja
φ=arccosec(45).Então,
cosecφ=45,ou seja,
senφ=54.Como estamos considerando o valor principal do arco cosecante, temos
cosφ=53.Usando a fórmula do cosseno do arco duplo:
cos2φ=cos2φ−sen2φ.Logo,
cos2φ=(53)2−(54)2=259−2516=−257.Portanto, a expressão original vale
2524−257=2517.Resolva a seguinte desigualdade:
cos2xcos2x+cosx−1≥2,para
0≤x≤π.Fazendo
t=cosx,e usando
cos2x=2cos2x−1,temos
cos2x=2t2−1.A desigualdade torna-se
2t2−12t2+t−2≥2.Passando o 2 para o primeiro membro:
2t2−12t2+t−2−2(2t2−1)≥0.Simplificando:
2t2−1−2t2+t≥0.Fatorando:
(1−2t)(1+2t)t(1−2t)≥0.Os pontos críticos são
t=−21,t=0,t=21,t=21.Os valores
t=±21devem ser excluídos, pois anulam o denominador original.
Fazendo o estudo de sinais, considerando que
−1≤t≤1,obtemos
t∈(−21,0]∪[21,21).Agora voltamos para x. Como
t=cosxe cosx é decrescente em [0,π]:
Primeiro intervalo
−21<cosx≤0.Isso corresponde a
2π≤x<43π.Segundo intervalo
21≤cosx<21.Portanto,
4π<x≤3π.Assim, o conjunto solução é
x∈(4π,3π]∪[2π,43π).