三角関数不等式の問題

三角関数不等式の問題

■問題

次の不等式を解け.ただし, 0 θ < π 2 とする.

0 < 2 cos 3 θ π 3 < 1

■答

1 6 π < θ < 1 4 π 5 12 π < θ < 1 2 π

■解説

3 ( θ π 3 ) = t ・・・・・・(1)

とおくと

0 θ < π 2

π 3 θ π 3 < π 6

π 3 ( θ π 3 ) < π 2

より

π t < π 2

となる.

問題を t を使って書き直すと

次の不等式を解け.ただし, π t < π 2 とする.

0 < 2 cos t < 1  →  0 < cos t < 1 2

まず, 0 t < 2 π の範囲で

cos t = 0 cos t = 1 2

を満たす t を求める.

以下の問題を参考にする.

次の方程式を解け.ただし, 0 θ < 2 π とする.

cos θ = 0 ⇒ 

t = 1 2 π , 3 2 π

次の方程式を解け.ただし, 0 θ < 2 π とする.

cos t = 1 2 ⇒ 

t = 1 4 π , 7 4 π

1 cos t 単位円上の点の x 成分に相当することを考慮して, t を用いて書き直した不等式 0 < cos t < 1 2 を満たす単位円上の円弧の範囲を赤線で示す.

π 4 t < 5 4 π と赤色の円弧の部分が重なっている部分が t を用いて書き直した問題の答えとなる.その答えは

1 2 π < t < 1 4 π 1 4 π < t < 1 2 π ・・・・・・(2)

となる.(1)の関係から(2)を θ の範囲に書き換えると

1 2 π < t < 1 4 π より

1 2 π < 3 θ π 3 < 1 4 π

1 6 π < θ π 3 < 1 12 π

1 6 π + π 3 < θ < 1 12 π + π 3

1 6 π < θ < 1 4 π

1 4 π < t < 1 2 π より

1 4 π < 3 θ π 3 < 1 2 π

1 12 π < θ π 3 < 1 6 π

1 12 π + π 3 < θ < 1 6 π + π 3

5 12 π < θ < 1 2 π

整理すると

1 6 π < θ < 1 4 π 5 12 π < θ < 1 2 π

となる.

 

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最終更新日: 2025年2月20日