求介于 0∘0^\circ 和 180∘180^\circ 之间满足 tan⁡2θ=5−sec⁡θ\tan^2\theta = 5 - \sec\theta 的 θ\theta 的值。 (b) 求介于 0∘0^\circ 和 360∘360^\circ 之间满足方程 6cos⁡θ+7sin⁡θ=46\cos\theta + 7\sin\theta = 4 的 θ\theta 的值。

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完整解法

Q1

1. Use the trigonometric identity relating $\tan^2\theta$ and $\sec^2\theta$ to form a quadratic equation in $\sec\theta$.

Using tan⁡2θ=sec⁡2θ−1\tan^2\theta = \sec^2\theta - 1,
sec⁡2θ−1=5−sec⁡θ\sec^2\theta - 1 = 5 - \sec\theta
sec⁡2θ+sec⁡θ−6=0\sec^2\theta + \sec\theta - 6 = 0

2. Factorise and solve the quadratic equation for $\sec\theta$.

(sec⁡θ+3)(sec⁡θ−2)=0(\sec\theta + 3)(\sec\theta - 2) = 0
sec⁡θ=−3orsec⁡θ=2\sec\theta = -3 \quad \text{or} \quad \sec\theta = 2

3. Find the values of $\theta$ in the range $0^\circ < \theta < 180^\circ$.

cos⁡θ=−13orcos⁡θ=12\cos\theta = -\frac{1}{3} \quad \text{or} \quad \cos\theta = \frac{1}{2}
For cos⁡θ=12\cos\theta = \frac{1}{2}, θ=60∘\theta = 60^\circ.
For cos⁡θ=−13\cos\theta = -\frac{1}{3}, θ=180∘−70.53∘=109.47∘≈109.5∘\theta = 180^\circ - 70.53^\circ = 109.47^\circ \approx 109.5^\circ.

4. Express $6\cos\theta + 7\sin\theta$ in the form $R\cos(\theta - \alpha)$.

Let 6cos⁡θ+7sin⁡θ=Rcos⁡(θ−α)=Rcos⁡θcos⁡α+Rsin⁡θsin⁡α6\cos\theta + 7\sin\theta = R\cos(\theta - \alpha) = R\cos\theta\cos\alpha + R\sin\theta\sin\alpha.
Comparing coefficients:
Rcos⁡α=6R\cos\alpha = 6
Rsin⁡α=7R\sin\alpha = 7
R=62+72=85≈9.2195R = \sqrt{6^2 + 7^2} = \sqrt{85} \approx 9.2195
tan⁡α=76  ⟹  α≈49.399∘\tan\alpha = \frac{7}{6} \implies \alpha \approx 49.399^\circ

5. Solve the equation for the basic angle.

85cos⁡(θ−49.399∘)=4\sqrt{85}\cos(\theta - 49.399^\circ) = 4
cos⁡(θ−49.399∘)=485\cos(\theta - 49.399^\circ) = \frac{4}{\sqrt{85}}
Basic angle=cos⁡−1(485)≈64.290∘\text{Basic angle} = \cos^{-1}\left(\frac{4}{\sqrt{85}}\right) \approx 64.290^\circ

6. Find the values of $\theta$ in the range $0^\circ \le \theta \le 360^\circ$.

θ−49.399∘=64.290∘or−64.290∘\theta - 49.399^\circ = 64.290^\circ \quad \text{or} \quad -64.290^\circ
θ=49.399∘+64.290∘=113.689∘≈113.7∘\theta = 49.399^\circ + 64.290^\circ = 113.689^\circ \approx 113.7^\circ
θ=49.399∘−64.290∘=−14.891∘\theta = 49.399^\circ - 64.290^\circ = -14.891^\circ
Since θ\theta must be between 0∘0^\circ and 360∘360^\circ, we add 360∘360^\circ to the negative value:
θ=−14.891∘+360∘=345.109∘≈345.1∘\theta = -14.891^\circ + 360^\circ = 345.109^\circ \approx 345.1^\circ

答案

(a) 60∘,109.5∘60^\circ, 109.5^\circ

(b) 113.7∘,345.1∘113.7^\circ, 345.1^\circ

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