写出 sin⁡−1(−32)\sin^{-1}\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) 的主值, tan⁡−1x\tan^{-1}x 的主值必须介于其间的数值, 使方程 4sin⁡2x=k4\sin^{2}x = k 有解的 kk 的取值范围。 证明恒等式 cot⁡x−cot⁡xtan⁡2x+tan⁡x=1+cos⁡2xsin⁡2x\cot x - \cot x\tan^{2}x + \tan x = \dfrac{1 + \cos 2x}{\sin 2x}。 由此解方程 cot⁡x−cot⁡xtan⁡2x+tan⁡x=csc⁡2x−3\cot x - \cot x\tan^{2}x + \tan x = \csc 2x - 3,其中 0∘≤x≤180∘0^\circ \le x \le 180^\circ。

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完整解法

9(a)(i)

1. Determine the reference angle

Let θ=sin⁡−1(32)\theta = \sin^{-1}\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right).
The reference angle is π3\frac{\pi}{3} (or 60∘60^\circ).

2. Apply the principal value range for inverse sine

The principal value range for sin⁡−1x\sin^{-1}x is [−π2,π2]\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right].
Since the argument is negative, sin⁡−1(−32)=−π3\sin^{-1}\left(-\dfrac{\sqrt{3}}{2}\right) = -\frac{\pi}{3} (or −60∘-60^\circ).

答案

−π3-\frac{\pi}{3} (or −60∘-60^\circ)

9(a)(ii)

1. State the range of the principal value of $\tan^{-1}x$

The principal value of tan⁡−1x\tan^{-1}x lies strictly between −π2-\frac{\pi}{2} and π2\frac{\pi}{2} radians (or −90∘-90^\circ and 90∘90^\circ).

答案

−π2<tan⁡−1x<π2-\frac{\pi}{2} < \tan^{-1}x < \frac{\pi}{2} (or −90∘<tan⁡−1x<90∘-90^\circ < \tan^{-1}x < 90^\circ)

9(a)(iii)

1. Determine the range of values for $\sin^2 x$

Since −1≤sin⁡x≤1-1 \le \sin x \le 1, squaring it gives:
0≤sin⁡2x≤10 \le \sin^2 x \le 1

2. Find the range of $k$

Multiply the inequality by 4:
0≤4sin⁡2x≤40 \le 4\sin^2 x \le 4
Since 4sin⁡2x=k4\sin^2 x = k, we have:
0≤k≤40 \le k \le 4

答案

0≤k≤40 \le k \le 4

9(b)(i)

1. Simplify the second term of the left-hand side (LHS).

LHS=cot⁡x−cot⁡xtan⁡2x+tan⁡x\text{LHS} = \cot x - \cot x\tan^{2}x + \tan x
Since cot⁡x=1tan⁡x\cot x = \frac{1}{\tan x}, cot⁡xtan⁡2x=tan⁡x\cot x\tan^{2}x = \tan x.
LHS=cot⁡x−tan⁡x+tan⁡x\text{LHS} = \cot x - \tan x + \tan x

2. Simplify the LHS expression.

LHS=cot⁡x\text{LHS} = \cot x

3. Express the simplified LHS in terms of sine and cosine, and introduce a factor to match the RHS denominator.

LHS=cos⁡xsin⁡x\text{LHS} = \frac{\cos x}{\sin x}
Multiply numerator and denominator by 2cos⁡x2\cos x:
LHS=2cos⁡2x2sin⁡xcos⁡x\text{LHS} = \frac{2\cos^{2}x}{2\sin x\cos x}

4. Apply double angle formulae to obtain the RHS.

Using cos⁡2x=2cos⁡2x−1  ⟹  2cos⁡2x=1+cos⁡2x\cos 2x = 2\cos^{2}x - 1 \implies 2\cos^{2}x = 1 + \cos 2x and sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x\sin 2x = 2\sin x\cos x:
LHS=1+cos⁡2xsin⁡2x=RHS\text{LHS} = \frac{1 + \cos 2x}{\sin 2x} = \text{RHS}

答案

LHS=RHS\text{LHS} = \text{RHS} (Proven)

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