Un’equazione goniometrica omogenea di secondo grado ha la forma Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x=0A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x = 0, in cui tutti i monomi hanno lo stesso grado totale (due) in sin⁡\sin e cos⁡\cos. Si risolve dividendo per cos⁡2x\cos^2 x e ottenendo un’equazione di secondo grado in tan⁡x\tan x. Anche le equazioni con un termine costante aggiuntivo possono essere ricondotte a questa forma.

A second-degree homogeneous trigonometric equation has the form Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x=0A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x = 0, in which all the monomials have the same total degree (two) in sin⁡\sin and cos⁡\cos. It is solved by dividing by cos⁡2x\cos^2 x and obtaining a second-degree equation in tan⁡x\tan x. Equations with an additional constant term can also be reduced to this form.

Le equazioni omogenee di secondo grado in sin⁡\sin e cos⁡\cos si riconoscono perché ogni monomio ha lo stesso grado. Il metodo di risoluzione le trasforma in un’equazione di secondo grado in tan⁡x\tan x.

Definizione — Equazione omogenea di secondo grado

Un’equazione goniometrica si dice omogenea di secondo grado in sin⁡\sin e cos⁡\cos se è del tipo Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x=0.A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x = 0. Tutti i monomi hanno lo stesso grado totale in sin⁡\sin e cos⁡\cos: due.

In sintesi — Metodo di risoluzione

  1. Controllare se cos⁡x=0\cos x = 0 è soluzione, sostituendo x=π/2+kπx=\pi/2+k\pi direttamente.
  2. Dividere l’equazione per cos⁡2x\cos^2 x (possibile perché il caso cos⁡x=0\cos x = 0 è già stato gestito): Atan⁡2x+Btan⁡x+C=0.A\tan^2 x + B\tan x + C = 0.
  3. Porre t=tan⁡xt = \tan x e risolvere un’equazione di secondo grado in tt.
  4. Tornare a xx con x=arctan⁡t+kπx = \arctan t + k\pi.

Esempio

Risolvere sin⁡2x−3sin⁡xcos⁡x+2cos⁡2x=0\sin^2 x - 3\sin x\cos x + 2\cos^2 x = 0.

Caso cos⁡x=0\cos x = 0: sostituendo x=π/2x=\pi/2 si ottiene 1−0+0=1≠01 - 0 + 0 = 1\ne 0. Non è soluzione.

Dividiamo per cos⁡2x\cos^2 x: tan⁡2x−3tan⁡x+2=0.\tan^2 x - 3\tan x + 2 = 0. Con t=tan⁡xt=\tan x:  t2−3t+2=0  ⟺  (t−1)(t−2)=0  ⟺  t=1 ∨ t=2\ t^2 - 3t + 2 = 0 \iff (t-1)(t-2) = 0 \iff t=1 \ \vee\ t=2.

Ritorno a xx:  x=arctan⁡1+kπ=π4+kπ\ x = \arctan 1 + k\pi = \dfrac{\pi}{4} + k\pi, oppure x=arctan⁡2+kπx = \arctan 2 + k\pi.

Collegamenti

Argomenti: Equazioni goniometriche
Concetti: Equazione goniometrica · Equazione omogenea
Funzioni: Coseno · Seno · Tangente
Metodi: Goniometriche equazioni
Competenze: Ragionare per casi · Risolvere equazioni · Usare formule

Second-degree homogeneous equations in sin⁡\sin and cos⁡\cos are recognised because every monomial has the same degree. The solution method turns them into a second-degree equation in tan⁡x\tan x.

Definition — Second-degree homogeneous equation

A trigonometric equation is said to be homogeneous of second degree in sin⁡\sin and cos⁡\cos if it is of the type Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x=0.A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x = 0. All the monomials have the same total degree in sin⁡\sin and cos⁡\cos: two.

In summary — Solution method

  1. Check whether cos⁡x=0\cos x = 0 is a solution, by substituting x=π/2+kπx=\pi/2+k\pi directly.
  2. Divide the equation by cos⁡2x\cos^2 x (possible because the case cos⁡x=0\cos x = 0 has already been handled): Atan⁡2x+Btan⁡x+C=0.A\tan^2 x + B\tan x + C = 0.
  3. Set t=tan⁡xt = \tan x and solve a second-degree equation in tt.
  4. Go back to xx with x=arctan⁡t+kπx = \arctan t + k\pi.

Example

Solve sin⁡2x−3sin⁡xcos⁡x+2cos⁡2x=0\sin^2 x - 3\sin x\cos x + 2\cos^2 x = 0.

Case cos⁡x=0\cos x = 0: substituting x=π/2x=\pi/2 gives 1−0+0=1≠01 - 0 + 0 = 1\ne 0. Not a solution.

Divide by cos⁡2x\cos^2 x: tan⁡2x−3tan⁡x+2=0.\tan^2 x - 3\tan x + 2 = 0. With t=tan⁡xt=\tan x:  t2−3t+2=0  ⟺  (t−1)(t−2)=0  ⟺  t=1 ∨ t=2\ t^2 - 3t + 2 = 0 \iff (t-1)(t-2) = 0 \iff t=1 \ \vee\ t=2.

Back to xx:  x=arctan⁡1+kπ=π4+kπ\ x = \arctan 1 + k\pi = \dfrac{\pi}{4} + k\pi, or x=arctan⁡2+kπx = \arctan 2 + k\pi.

Topics: Trigonometric equations
Concepts: Trigonometric equation · Homogeneous equation
Functions: Cosine · Sine · Tangent
Methods: Trigonometric equations
Skills: Reasoning by cases · Solving equations · Using formulae

Non tutte le equazioni con termini quadratici in sin⁡\sin e cos⁡\cos sono già omogenee: a volte compare un termine costante. Un semplice trucco basato sull’identità fondamentale permette di ricondurle alla forma omogenea.

Osservazione — Equazioni riconducibili a omogenee

Se un’equazione contiene anche un termine “costante” — del tipo Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x+D=0A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x + D = 0 — la si può riportare alla forma omogenea moltiplicando il termine DD per sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2 x + \cos^2 x = 1, che lo trasforma in Dsin⁡2x+Dcos⁡2xD\sin^2 x + D\cos^2 x e lo distribuisce su entrambi i termini quadratici.

Collegamenti

Argomenti: Equazioni goniometriche
Concetti: Equazione omogenea
Funzioni: Coseno · Seno
Competenze: Risolvere equazioni · Usare formule

Not all equations with quadratic terms in sin⁡\sin and cos⁡\cos are already homogeneous: sometimes a constant term appears. A simple trick based on the fundamental identity lets us reduce them to homogeneous form.

Observation — Equations reducible to homogeneous ones

If an equation also contains a “constant” term — of the type Asin⁡2x+Bsin⁡xcos⁡x+Ccos⁡2x+D=0A\sin^2 x + B\sin x\cos x + C\cos^2 x + D = 0 — it can be brought to homogeneous form by multiplying the term DD by sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2 x + \cos^2 x = 1, which turns it into Dsin⁡2x+Dcos⁡2xD\sin^2 x + D\cos^2 x and distributes it over both quadratic terms.

Topics: Trigonometric equations
Concepts: Homogeneous equation
Functions: Cosine · Sine
Skills: Solving equations · Using formulae

0 items under this folder.