证明 tan⁡x+cos⁡x1+sin⁡x=sec⁡x\tan x + \frac{\cos x}{1 + \sin x} = \sec x。 在不使用计算器的情况下,解释为什么方程 tan⁡x+cos⁡x1+sin⁡x=−13\tan x + \frac{\cos x}{1 + \sin x} = -\frac{1}{3} 无解。

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完整解法

6(i)

1. Express $\tan x$ in terms of sine and cosine, and combine the terms into a single fraction.

LHS=sin⁡xcos⁡x+cos⁡x1+sin⁡x\text{LHS} = \frac{\sin x}{\cos x} + \frac{\cos x}{1 + \sin x}
=sin⁡x(1+sin⁡x)+cos⁡2xcos⁡x(1+sin⁡x)= \frac{\sin x(1 + \sin x) + \cos^2 x}{\cos x(1 + \sin x)}

2. Expand the numerator and apply the Pythagorean identity.

=sin⁡x+sin⁡2x+cos⁡2xcos⁡x(1+sin⁡x)= \frac{\sin x + \sin^2 x + \cos^2 x}{\cos x(1 + \sin x)}
=sin⁡x+1cos⁡x(1+sin⁡x)= \frac{\sin x + 1}{\cos x(1 + \sin x)}

3. Simplify the fraction to obtain the right-hand side.

=1cos⁡x= \frac{1}{\cos x}
=sec⁡x=RHS= \sec x = \text{RHS}

答案

Shown.

6(ii)

1. Use the result from part (i) to simplify the equation

From (i), tan⁡x+cos⁡x1+sin⁡x=sec⁡x\tan x + \frac{\cos x}{1 + \sin x} = \sec x.
So the equation becomes:
sec⁡x=−13\sec x = -\frac{1}{3}

2. Express in terms of cosine and explain why there is no solution

1cos⁡x=−13\frac{1}{\cos x} = -\frac{1}{3}
cos⁡x=−3\cos x = -3
Since the range of cos⁡x\cos x is −1⩽cos⁡x⩽1-1 \leqslant \cos x \leqslant 1 for all real xx, cos⁡x\cos x cannot be −3-3. Therefore, the equation has no solution.

答案

Since cos⁡x=−3\cos x = -3 and −1⩽cos⁡x⩽1-1 \leqslant \cos x \leqslant 1, there is no real solution for xx.

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