Система тригонометрических уравнений

Дано:

Решить систему:

Sin(x+y)+sin(x-y)=ctg(x)+sin(x+y)/sin(x)/sin(y) (1)

Sin(x+y)-sin(x-y)=sin(x+y)/sin(x)/sin(y)+ctg(y) (2)

0<x=<Pi/2; -Pi/2=<y<0 (3)

Решение

Применяя формулы суммы и разности синусов, в левых частях (1) и (2) получим:

Sin(x+y)+sin(x-y)=2*sin(x)*cos(y)

Sin(x+y)-sin(x-y)=2*cos(x)*sin(y)

А правой части (1):

ctg(x)+sin(x+y)/sin(x)/sin(y)=сos(x)/sin(x)+ (sin(x)*cos(y)+cos(x)*sin(y))/sin(x)/sin(y)=

(cos(x)*sin(y)+ sin(x)*cos(y)+cos(x)*sin(y))/sin(x)/sin(y)= ctg(y)+2*ctg(x)

Аналогично в правой части (2):

sin(x+y)/sin(x)/sin(y)+ctg(y)=2*ctg(y)+ctg(x)

Отсюда получаем систему:

2*sin(x)*cos(y)= ctg(y)+2*ctg(x) (4)

2*cos(x)*sin(y)= 2*ctg(y)+ctg(x)

Вводя новые переменные sin(x)=u, sin(y)=t вместо (4) имеем:

2*u*sqrt(1-t^2)=sqrt(1-t^2)/t+2*sqrt(1-u^2)/u

2*t*sqrt(1-u^2)=2*sqrt(1-t^2)/t+sqrt(1-u^2)/u

приводим к общему знаменателю и приводя подобные члены в числителе:

((u*(1-2*u*t)*sqrt(1-u^2)+2*t*sqrt(1-t^2))/(u*t)=0 (5)

(2*u*sqrt(1-t^2)+t*(1-2*t*u)*sqrt(1-u^2))/(u*t)=0

Отсюда ОДЗ: {u<>0, t<>0} (6)

Кроме того ясно, что если

u*t*(1-2*t*u)<0 (7а) (то есть коээфииценты при sqrt в уравнениях (5) имеют разные знаки), то система (5) эквивалентна системе (возводим в квадрат): u^2*(1-2*u*t)^2*(1-t^2)=4*t^2*(1-u^2) (7) 4*u^2*(1-t^2)=t^2*(1-2*u*t)^2*(1-u^2) Выражая по очереди (1-2*u*t)^2 из уравнений (7) и приравнивая: t^2*(1-u^2)/u^2/(1-t^2)=u^2*(1-t^2)/t^2/(1-u^2) (8) Откуда (1-u^2)^2/u^4=(1-t^2)^2/t^4 Понятно, что такое уравнение удовлетворяется только при u^2=y^2 => u=t или u=-t (9a, b)

Поскольку при получении (8) было деление на sqrt(1-t^2) и на sqrt(1-u^2), то могут быть потеряны корни, соответствующие

1-t^2=0 => t^2=1 (10a)

или 1-u^2=0 => u^2=1 (10b)

подставляя (10a) в (7), получим u^2=1. Таким образом, {u=+-1, t=+-1} удовлетворяет (5).

Подставляя (9a) в (5) и сокращая (u=0 уже исключен ранее через ОДЗ (6)), получим:

1-2*u^2=+-2 => u1=sqrt((1+2)/2)>1 (не удовлетворяет области значений sin(x)) и u2=sqrt(-1/2) – не удовлетворяет области определения sqrt.

Поставим (9b) в (5), получим:

1+2*u^2=+-2 => u1=sqrt(1/2); u2=sqrt(-3/2) — не удовлетворяет области определения sqrt.

Проверим выполнение (7a). С учётом (9b):

-u^2*(1+2*u^2)<0 при любых u

Выполняется (7a) и при u^2=1 и t^2=1.

Таким образом, получили следующие пары корней (u,t): (1,1), (1,-1), (-1,1), (-1,-1), (sqrt(1/2),-sqrt(1/2)), (-sqrt(1/2),sqrt(1/2)

Но с учетом (3) (ему равносильно: 0<1 и –1=<0) остается (1,-1), (sqrt(1/2),-sqrt(1/2)).

Возвращаясь к (x,y), получаем пары корней: (Pi/2,-Pi/2), (Pi/4, -Pi/4).