Nierówności trygonometryczne
Rozwiązując nierówność trygonometryczną, ustalamy jej dziedzinę, a następnie wykorzystujemy znane wzory i tożsamości trygonometryczne, aby doprowadzić nierówność do postaci
\[ f(x) <a,\quad f(x)\leq a, \quad f(x)>a\quad \text{lub} \quad f(x)\geq a, \]
gdzie \(a\in\mathbb{R}\) oraz \(f\) jest funkcją trygonometryczną sinus, cosinus, tangens lub cotangens. Rozwiązania tych nierówności odczytujemy z rysunku, na którym rysujemy wykresy funkcji \(y=f(x)\) oraz \(y=a\), uwzględniając dziedzinę nierówności.
Zadanie
Rozwiąż nierówność trygonometryczną:
-
\(\displaystyle \sin x> -4\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\). Ponieważ funkcja sinus przyjmuje wartości z przedziału \(\left<-1, 1\right>\), więc nierówność jest spełniona dla każdego \(x\in\mathbb{R}\).
-
\(\displaystyle \cos x< -2\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\). Ponieważ funkcja cosinus przyjmuje wartości z przedziału \(\left<-1, 1\right>\), więc nierówność jest sprzeczna.
-
\(\displaystyle \sin x\geq 1\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\). Ponieważ funkcja sinus przyjmuje wartości z przedziału \(\left<-1, 1\right>\), więc nierówność \(\sin x\geq 1\) jest równoważna z równaniem \(\sin x= 1\). Zatem rozwiązania nierówności mają postać \[ x={\pi\over 2}+2k\pi, \quad \text{gdzie} \quad k\in\mathbb{Z} \]
-
\(\displaystyle \cos x< 1\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\). Ponieważ funkcja cosinus przyjmuje wartości z przedziału \(\left<-1, 1\right>\), więc nierówność \(\cos x< 1\) jest równoważna z warunkiem \[ \cos x\neq 1 \] Zatem rozwiązanie nierówności to \[ x\in\mathbb{R}\backslash\{k\pi: k\in\mathbb{Z}\} \]
-
\(\displaystyle \sin x> {\sqrt{3}\over 2}\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\). Rysujemy wykresy funkcji \(\color{darkslategray}{\boldsymbol{y= \sin x }}\) oraz \(\czerwony{\boldsymbol{y=\frac{\sqrt{3}}{2}}}\).
-
\(\displaystyle \cos x < {\sqrt{2}\over 2}\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(\mathbb{R}\). Rysujemy wykresy funkcji \(\color{darkslategray}{\boldsymbol{y= \cos x }}\) oraz \(\czerwony{\boldsymbol{y=\frac{\sqrt{2}}{2}}}\).
-
\(\displaystyle \sin x\geq - {\sqrt{2}\over 2}\)Dziedziną równania jest zbiór \(\mathbb{R}\). Rysujemy wykresy funkcji \(y=\sin x\) oraz \(y=-{\sqrt{2}\over 2}\)
-
\(\displaystyle \mathrm{tg}\, x \geq {\sqrt{3}\over 3}\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(\mathbb{R}\backslash\{{\pi\over 2}+k\pi:\ k\in\mathbb{Z} \}\). Rysujemy wykresy funkcji \(y=\mathrm{tg}\, x\) oraz \(y={\sqrt{3}\over 3}\).
-
\(\displaystyle \mathrm{ctg}\, x \leq 1\)Dziedziną nierówności jest zbiór \(D=\mathbb{R}\backslash\{k\pi:\ k\in\mathbb{Z} \}\). Rysujemy wykresy funkcji \(y=\mathrm{ctg}\, x\) oraz \(y=1\)