Un’equazione goniometrica è un’equazione in cui l’incognita compare come argomento di una o più funzioni trigonometriche (sin⁡\sin, cos⁡\cos, tan⁡\tan, cot⁡\cot). Risolverla significa trovare tutti i valori dell’angolo xx che la soddisfano: per la periodicità delle funzioni goniometriche questi valori sono infiniti e si esprimono nella forma x=x0+k⋅Tx = x_0 + k\cdot T, dove TT è il periodo e k∈Zk\in\mathbb{Z}.

In questo capitolo distinguiamo quattro grandi famiglie di equazioni goniometriche, ciascuna con il proprio metodo di risoluzione: le equazioni elementari, le equazioni risolubili per sostituzione, le equazioni lineari in sin⁡\sin e cos⁡\cos e infine le equazioni omogenee di secondo grado (o ad esse riconducibili).

Sezioni

Esercizi

A trigonometric equation is an equation in which the unknown appears as the argument of one or more trigonometric functions (sin⁡\sin, cos⁡\cos, tan⁡\tan, cot⁡\cot). Solving it means finding all the values of the angle xx that satisfy it: because of the periodicity of the trigonometric functions these values are infinitely many and are expressed in the form x=x0+k⋅Tx = x_0 + k\cdot T, where TT is the period and k∈Zk\in\mathbb{Z}.

In this chapter we distinguish four large families of trigonometric equations, each with its own solution method: elementary equations, equations solvable by substitution, linear equations in sin⁡\sin and cos⁡\cos and finally second-degree homogeneous equations (or ones reducible to them).

Sections

Exercises

Se in un’equazione compare solo sin⁡x\sin x (oppure solo cos⁡x\cos x, o solo tan⁡x\tan x), ma con potenze o in una combinazione non lineare, la strategia è sostituire una variabile al posto della funzione goniometrica, risolvere l’equazione algebrica risultante e poi tornare all’angolo. Quando l’equazione contiene funzioni di angoli diversi (per esempio cos⁡(2x)\cos(2x) e cos⁡x\cos x), si usano prima le formule goniometriche — come le formule di duplicazione — per ridurre tutto a una sola funzione.

Esempio

Risolvere 2sin⁡2x−3sin⁡x+1=02\sin^2 x - 3\sin x + 1 = 0.

Sostituzione: t=sin⁡xt = \sin x, con −1≤t≤1-1\le t\le 1. L’equazione diventa 2t2−3t+1=0  ⟺  (2t−1)(t−1)=0  ⟺  t=12 ∨ t=1.2t^2 - 3t + 1 = 0 \iff (2t-1)(t-1) = 0 \iff t = \tfrac{1}{2} \ \vee\ t = 1. Entrambe le soluzioni soddisfano −1≤t≤1-1\le t\le 1, quindi sono accettabili.

Ritorno a xx:

  • sin⁡x=12\sin x = \tfrac{1}{2}:  x=π6+2kπ\ x = \dfrac{\pi}{6} + 2k\pi oppure x=5π6+2kπx = \dfrac{5\pi}{6} + 2k\pi;
  • sin⁡x=1\sin x = 1:  x=π2+2kπ\ x = \dfrac{\pi}{2} + 2k\pi.

Esempio

Risolvere cos⁡(2x)+cos⁡x=0\cos(2x) + \cos x = 0.

Applichiamo la formula di duplicazione cos⁡(2x)=2cos⁡2x−1\cos(2x) = 2\cos^2 x - 1: 2cos⁡2x−1+cos⁡x=0.2\cos^2 x - 1 + \cos x = 0. Con t=cos⁡xt=\cos x, −1≤t≤1-1\le t\le 1: 2t2+t−1=0  ⟺  (2t−1)(t+1)=0  ⟺  t=12 ∨ t=−1.2t^2 + t - 1 = 0 \iff (2t-1)(t+1) = 0 \iff t = \tfrac{1}{2} \ \vee\ t = -1.

Ritorno a xx:

  • cos⁡x=12\cos x = \tfrac{1}{2}:  x=±π3+2kπ\ x = \pm\dfrac{\pi}{3} + 2k\pi;
  • cos⁡x=−1\cos x = -1:  x=π+2kπ\ x = \pi + 2k\pi.

Collegamenti

Argomenti: Equazioni goniometriche
Concetti: Equazione goniometrica · Formule di duplicazione · Sostituzione
Funzioni: Coseno · Seno
Metodi: Goniometriche equazioni
Competenze: Risolvere equazioni · Usare formule

If an equation contains only sin⁡x\sin x (or only cos⁡x\cos x, or only tan⁡x\tan x), but with powers or in a non-linear combination, the strategy is to substitute a variable for the trigonometric function, solve the resulting algebraic equation and then go back to the angle. When the equation contains functions of different angles (for example cos⁡(2x)\cos(2x) and cos⁡x\cos x), one first uses the trigonometric formulae — such as the double-angle formulae — to reduce everything to a single function.

Example

Solve 2sin⁡2x−3sin⁡x+1=02\sin^2 x - 3\sin x + 1 = 0.

Substitution: t=sin⁡xt = \sin x, with −1≤t≤1-1\le t\le 1. The equation becomes 2t2−3t+1=0  ⟺  (2t−1)(t−1)=0  ⟺  t=12 ∨ t=1.2t^2 - 3t + 1 = 0 \iff (2t-1)(t-1) = 0 \iff t = \tfrac{1}{2} \ \vee\ t = 1. Both solutions satisfy −1≤t≤1-1\le t\le 1, so they are acceptable.

Back to xx:

  • sin⁡x=12\sin x = \tfrac{1}{2}:  x=π6+2kπ\ x = \dfrac{\pi}{6} + 2k\pi or x=5π6+2kπx = \dfrac{5\pi}{6} + 2k\pi;
  • sin⁡x=1\sin x = 1:  x=π2+2kπ\ x = \dfrac{\pi}{2} + 2k\pi.

Example

Solve cos⁡(2x)+cos⁡x=0\cos(2x) + \cos x = 0.

We apply the double-angle formula cos⁡(2x)=2cos⁡2x−1\cos(2x) = 2\cos^2 x - 1: 2cos⁡2x−1+cos⁡x=0.2\cos^2 x - 1 + \cos x = 0. With t=cos⁡xt=\cos x, −1≤t≤1-1\le t\le 1: 2t2+t−1=0  ⟺  (2t−1)(t+1)=0  ⟺  t=12 ∨ t=−1.2t^2 + t - 1 = 0 \iff (2t-1)(t+1) = 0 \iff t = \tfrac{1}{2} \ \vee\ t = -1.

Back to xx:

  • cos⁡x=12\cos x = \tfrac{1}{2}:  x=±π3+2kπ\ x = \pm\dfrac{\pi}{3} + 2k\pi;
  • cos⁡x=−1\cos x = -1:  x=π+2kπ\ x = \pi + 2k\pi.

Topics: Trigonometric equations
Concepts: Trigonometric equation · Double-angle formulae · Substitution
Functions: Cosine · Sine
Methods: Trigonometric equations
Skills: Solving equations · Using formulae

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