证明恒等式 sin⁡θ1+cos⁡θ=tan⁡θ2\dfrac{\sin\theta}{1+\cos\theta} = \tan \dfrac{\theta}{2}。 由此,求方程 1+cos⁡θsin⁡θ=−3\dfrac{1+\cos\theta}{\sin\theta} = -3 在 0∘≤θ≤360∘0^\circ \le \theta \le 360^\circ 范围内的解。

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完整解法

8(a)

1. Express the numerator using the double angle formula for sine

sin⁡θ=2sin⁡θ2cos⁡θ2\sin\theta = 2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}

2. Express the denominator using the double angle formula for cosine

cos⁡θ=2cos⁡2θ2−1\cos\theta = 2\cos^2\frac{\theta}{2} - 1
1+cos⁡θ=1+(2cos⁡2θ2−1)=2cos⁡2θ21 + \cos\theta = 1 + \left(2\cos^2\frac{\theta}{2} - 1\right) = 2\cos^2\frac{\theta}{2}

3. Substitute into the LHS and simplify to obtain the RHS

LHS=2sin⁡θ2cos⁡θ22cos⁡2θ2\text{LHS} = \dfrac{2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}}{2\cos^2\frac{\theta}{2}}
=sin⁡θ2cos⁡θ2= \dfrac{\sin\frac{\theta}{2}}{\cos\frac{\theta}{2}}
=tan⁡θ2=RHS= \tan\frac{\theta}{2} = \text{RHS}

答案

Proof completed.

8(b)

1. Rewrite the equation using the identity from part (a)

From part (a), sin⁡θ1+cos⁡θ=tan⁡θ2\dfrac{\sin\theta}{1+\cos\theta} = \tan \dfrac{\theta}{2}.

The given equation is 1+cos⁡θsin⁡θ=−3\dfrac{1+\cos\theta}{\sin\theta} = -3.

Taking the reciprocal of both sides:
sin⁡θ1+cos⁡θ=−13\dfrac{\sin\theta}{1+\cos\theta} = -\dfrac{1}{3}

tan⁡θ2=−13\tan \dfrac{\theta}{2} = -\dfrac{1}{3}

2. Find the basic angle and determine the correct quadrant for $\frac{\theta}{2}$

Basic angle α=tan⁡−1(13)≈18.435∘\alpha = \tan^{-1}\left(\dfrac{1}{3}\right) \approx 18.435^\circ

Since 0∘≤θ≤360∘0^\circ \le \theta \le 360^\circ, we have 0∘≤θ2≤180∘0^\circ \le \dfrac{\theta}{2} \le 180^\circ.

Since tan⁡θ2\tan \dfrac{\theta}{2} is negative, θ2\dfrac{\theta}{2} must lie in the second quadrant.

3. Solve for $\theta$

θ2=180∘−18.435∘=161.565∘\dfrac{\theta}{2} = 180^\circ - 18.435^\circ = 161.565^\circ

θ=323.13∘≈323.1∘\theta = 323.13^\circ \approx 323.1^\circ (to 1 d.p.)

答案

θ=323.1∘\theta = 323.1^\circ

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