Краткий ответ:
Требуется найти решения неравенства на отрезке [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi] :
1. tg x ≥ 3 \operatorname{tg} x \geq 3 ; arctg 3 + π n ≤ x < π 2 + π n \arctg 3 + \pi n \leq x < \frac{\pi}{2} + \pi n ;
График функции:
Значения на искомом отрезке:
arctg 3 ≤ x 1 < π 2 ; arctg 3 + π ≤ x 2 < 3 π 2 ; arctg 3 + 2 π ≤ x 3 < 5 π 2 ; \begin{aligned} & \arctg 3 \leq x_1 < \frac{\pi}{2}; \\ & \arctg 3 + \pi \leq x_2 < \frac{3\pi}{2}; \\ & \arctg 3 + 2\pi \leq x_3 < \frac{5\pi}{2}; \end{aligned}
2. tg x < 4 \operatorname{tg} x < 4 ; − π 2 + π n < x < arctg 4 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n < x < \arctg 4 + \pi n ;
График функции:
Значения на искомом отрезке:
0 ≤ x 1 < arctg 4 ; π 2 < x 2 < arctg 4 + π ; 3 π 2 < x 3 < arctg 4 + 2 π ; 5 π 2 < x 4 < arctg 4 + 3 π ; \begin{aligned} & 0 \leq x_1 < \arctg 4; \\ & \frac{\pi}{2} < x_2 < \arctg 4 + \pi; \\ & \frac{3\pi}{2} < x_3 < \arctg 4 + 2\pi; \\ & \frac{5\pi}{2} < x_4 < \arctg 4 + 3\pi; \end{aligned}
3. tg x ≤ − 4 \operatorname{tg} x \leq -4 ; − π 2 + π n < x ≤ arctg ( − 4 ) + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n < x \leq \arctg(-4) + \pi n ; − π 2 + π n < x ≤ − arctg 4 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n < x \leq -\arctg 4 + \pi n ;
График функции:
Значения на искомом отрезке:
π 2 < x 1 ≤ − arctg 4 + π ; 3 π 2 < x 2 ≤ − arctg 4 + 2 π ; 5 π 2 < x 3 ≤ − arctg 4 + 3 π ; \begin{aligned} & \frac{\pi}{2} < x_1 \leq -\arctg 4 + \pi; \\ & \frac{3\pi}{2} < x_2 \leq -\arctg 4 + 2\pi; \\ & \frac{5\pi}{2} < x_3 \leq -\arctg 4 + 3\pi; \end{aligned}
4. tg x > − 3 \operatorname{tg} x > -3 ; arctg ( − 3 ) + π n < x < π 2 + π n \arctg(-3) + \pi n < x < \frac{\pi}{2} + \pi n ; − arctg 3 + π n < x < π 2 + π n -\arctg 3 + \pi n < x < \frac{\pi}{2} + \pi n ;
График функции:
Значения на искомом отрезке:
0 ≤ x < π 2 ; − arctg 3 + π < x < 3 π 2 ; − arctg 3 + 2 π < x < 5 π 2 ; − arctg 3 + 3 π ≤ x ≤ 3 π \begin{aligned} & 0 \leq x < \frac{\pi}{2}; \\ & -\arctg 3 + \pi < x < \frac{3\pi}{2}; \\ & -\arctg 3 + 2\pi < x < \frac{5\pi}{2}; \\ & -\arctg 3 + 3\pi \leq x \leq 3\pi; \end{aligned}
Подробный ответ:
Требуется найти решения неравенств с функцией tg x \operatorname{tg} x на отрезке [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi] .
1) tg x ≥ 3 \operatorname{tg} x \geq 3
Шаг 1: Анализ неравенства
Имеем:
tg x ≥ 3 \operatorname{tg} x \geq 3
Нужно найти все x x на отрезке [ 0 , 3 π ] [0, 3\pi] , при которых значение функции тангенс не меньше 3.
Шаг 2: Свойства функции tg x \operatorname{tg} x
Функция tg x \operatorname{tg} x периодична с периодом π \pi . Имеет вертикальные асимптоты в точках x = π 2 + π n x = \frac{\pi}{2} + \pi n , где n ∈ Z n \in \mathbb{Z} . На каждом промежутке между асимптотами функция возрастает от − ∞ -\infty до + ∞ +\infty . Шаг 3: Обратная функция и границы решения
Рассмотрим уравнение:
tg x = 3 \operatorname{tg} x = 3
Решения этого уравнения имеют вид:
x = arctg 3 + π n , n ∈ Z x = \operatorname{arctg} 3 + \pi n, \quad n \in \mathbb{Z}
Значение arctg 3 \operatorname{arctg} 3 — это угол, тангенс которого равен 3, приблизительно 1.25 1.25 радиан.
Шаг 4: Решение неравенства
На каждом периоде π \pi , начиная с x = arctg 3 + π n x = \operatorname{arctg} 3 + \pi n , тангенс будет больше либо равен 3 до точки асимптоты x = π 2 + π n x = \frac{\pi}{2} + \pi n , где функция стремится к + ∞ +\infty .
Следовательно, решения на общем виде будут:
arctg 3 + π n ≤ x < π 2 + π n \operatorname{arctg} 3 + \pi n \leq x < \frac{\pi}{2} + \pi n
Шаг 5: Выделение решений на отрезке [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi]
Периоды n n подбираем так, чтобы решения попадали в [ 0 , 3 π ] [0, 3\pi] :
arctg 3 ≤ x < π 2 \operatorname{arctg} 3 \leq x < \frac{\pi}{2}
arctg 3 + π ≤ x < 3 π 2 \operatorname{arctg} 3 + \pi \leq x < \frac{3\pi}{2}
arctg 3 + 2 π ≤ x < 5 π 2 \operatorname{arctg} 3 + 2\pi \leq x < \frac{5\pi}{2}
Итог решения 1):
arctg 3 ≤ x 1 < π 2 arctg 3 + π ≤ x 2 < 3 π 2 arctg 3 + 2 π ≤ x 3 < 5 π 2 \boxed{ \begin{aligned} & \operatorname{arctg} 3 \leq x_1 < \frac{\pi}{2} \\ & \operatorname{arctg} 3 + \pi \leq x_2 < \frac{3\pi}{2} \\ & \operatorname{arctg} 3 + 2\pi \leq x_3 < \frac{5\pi}{2} \end{aligned} }
2) tg x < 4 \operatorname{tg} x < 4
Шаг 1: Анализ неравенства
tg x < 4 \operatorname{tg} x < 4
Нужно найти все x ∈ [ 0 , 3 π ] x \in [0, 3\pi] , для которых tg x \operatorname{tg} x строго меньше 4.
Шаг 2: Обратная функция
Решаем уравнение:
tg x = 4 \operatorname{tg} x = 4
Корни:
x = arctg 4 + π n x = \operatorname{arctg} 4 + \pi n
Шаг 3: График и анализ решения
Между асимптотами x = − π 2 + π n x = -\frac{\pi}{2} + \pi n и x = π 2 + π n x = \frac{\pi}{2} + \pi n функция растет от − ∞ -\infty до + ∞ +\infty . Для tg x < 4 \operatorname{tg} x < 4 на каждом промежутке от − π 2 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n до arctg 4 + π n \operatorname{arctg} 4 + \pi n . Шаг 4: Решение на интервале [ 0 , 3 π ] [0, 3\pi]
Подставим n n , чтобы найти соответствующие промежутки:
0 ≤ x < arctg 4 0 \leq x < \operatorname{arctg} 4
(так как левая граница − π 2 + 0 = − π 2 -\frac{\pi}{2} + 0 = -\frac{\pi}{2} вне интервала, нижняя граница берется с 0)
π 2 < x < arctg 4 + π \frac{\pi}{2} < x < \operatorname{arctg} 4 + \pi
3 π 2 < x < arctg 4 + 2 π \frac{3\pi}{2} < x < \operatorname{arctg} 4 + 2\pi
5 π 2 < x < arctg 4 + 3 π \frac{5\pi}{2} < x < \operatorname{arctg} 4 + 3\pi
Итог решения 2):
0 ≤ x 1 < arctg 4 π 2 < x 2 < arctg 4 + π 3 π 2 < x 3 < arctg 4 + 2 π 5 π 2 < x 4 < arctg 4 + 3 π \boxed{ \begin{aligned} & 0 \leq x_1 < \operatorname{arctg} 4 \\ & \frac{\pi}{2} < x_2 < \operatorname{arctg} 4 + \pi \\ & \frac{3\pi}{2} < x_3 < \operatorname{arctg} 4 + 2\pi \\ & \frac{5\pi}{2} < x_4 < \operatorname{arctg} 4 + 3\pi \end{aligned} }
3) tg x ≤ − 4 \operatorname{tg} x \leq -4
Шаг 1: Анализ
tg x ≤ − 4 \operatorname{tg} x \leq -4
Нужно найти x x , для которых функция не больше − 4 -4 .
Шаг 2: Обратная функция
Решаем
tg x = − 4 \operatorname{tg} x = -4
Корни:
x = arctg ( − 4 ) + π n = − arctg 4 + π n x = \operatorname{arctg}(-4) + \pi n = -\operatorname{arctg} 4 + \pi n
Шаг 3: Разбиение интервалов
На промежутке − π 2 + π n < x < π 2 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n < x < \frac{\pi}{2} + \pi n функция монотонна. tg x ≤ − 4 \operatorname{tg} x \leq -4 выполняется на промежутке от левой асимптоты до точки x = − arctg 4 + π n x = -\operatorname{arctg} 4 + \pi n :− π 2 + π n < x ≤ − arctg 4 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n < x \leq -\operatorname{arctg} 4 + \pi n
Шаг 4: Выделение решений на [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi]
Подставляем n n :
π 2 < x ≤ − arctg 4 + π \frac{\pi}{2} < x \leq -\operatorname{arctg} 4 + \pi
3 π 2 < x ≤ − arctg 4 + 2 π \frac{3\pi}{2} < x \leq -\operatorname{arctg} 4 + 2\pi
5 π 2 < x ≤ − arctg 4 + 3 π \frac{5\pi}{2} < x \leq -\operatorname{arctg} 4 + 3\pi
Итог решения 3):
π 2 < x 1 ≤ − arctg 4 + π 3 π 2 < x 2 ≤ − arctg 4 + 2 π 5 π 2 < x 3 ≤ − arctg 4 + 3 π \boxed{ \begin{aligned} & \frac{\pi}{2} < x_1 \leq -\operatorname{arctg} 4 + \pi \\ & \frac{3\pi}{2} < x_2 \leq -\operatorname{arctg} 4 + 2\pi \\ & \frac{5\pi}{2} < x_3 \leq -\operatorname{arctg} 4 + 3\pi \end{aligned} }
4) tg x > − 3 \operatorname{tg} x > -3
Шаг 1: Анализ
tg x > − 3 \operatorname{tg} x > -3
Шаг 2: Обратная функция
Решаем:
tg x = − 3 \operatorname{tg} x = -3
Корни:
x = arctg ( − 3 ) + π n = − arctg 3 + π n x = \operatorname{arctg}(-3) + \pi n = -\operatorname{arctg} 3 + \pi n
Шаг 3: Анализ решения
На каждом промежутке между асимптотами − π 2 + π n -\frac{\pi}{2} + \pi n и π 2 + π n \frac{\pi}{2} + \pi n функция tg x \operatorname{tg} x возрастает от − ∞ -\infty до + ∞ +\infty . Решение неравенства будет от точки − arctg 3 + π n -\operatorname{arctg} 3 + \pi n до асимптоты π 2 + π n \frac{\pi}{2} + \pi n , где функция становится больше − 3 -3 : − arctg 3 + π n < x < π 2 + π n -\operatorname{arctg} 3 + \pi n < x < \frac{\pi}{2} + \pi n
В первом периоде на [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi] также есть часть интервала до первой асимптоты:
0 ≤ x < π 2 0 \leq x < \frac{\pi}{2}
Шаг 4: Выделение решений на [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi]
0 ≤ x < π 2 0 \leq x < \frac{\pi}{2}
− arctg 3 + π < x < 3 π 2 -\operatorname{arctg} 3 + \pi < x < \frac{3\pi}{2}
− arctg 3 + 2 π < x < 5 π 2 -\operatorname{arctg} 3 + 2\pi < x < \frac{5\pi}{2}
− arctg 3 + 3 π ≤ x ≤ 3 π -\operatorname{arctg} 3 + 3\pi \leq x \leq 3\pi
Итог решения 4):
0 ≤ x < π 2 − arctg 3 + π < x < 3 π 2 − arctg 3 + 2 π < x < 5 π 2 − arctg 3 + 3 π ≤ x ≤ 3 π \boxed{ \begin{aligned} & 0 \leq x < \frac{\pi}{2} \\ & -\operatorname{arctg} 3 + \pi < x < \frac{3\pi}{2} \\ & -\operatorname{arctg} 3 + 2\pi < x < \frac{5\pi}{2} \\ & -\operatorname{arctg} 3 + 3\pi \leq x \leq 3\pi \end{aligned} }
Для каждого из четырёх неравенств мы:
Определили периодичность функции tg x \operatorname{tg} x . Нашли точки пересечения с соответствующим числом (через обратную функцию arctg \operatorname{arctg} ). Определили интервалы, на которых выполняется неравенство, учитывая асимптоты. Ограничили решения отрезком [ 0 ; 3 π ] [0; 3\pi] .
Оставь свой отзыв 💬
Комментариев пока нет, будьте первым!