📌 Đề bài:
Rút gọn biểu thức lượng giác sau (với giả thiết biểu thức xác định):
$$P = \frac{\cos 2x}{\cot x – \tan x}$$
📚 Phương pháp giải & Lý thuyết trọng tâm
Để xử lý các bài toán rút gọn biểu thức lượng giác chứa $\tan x$ và $\cot x$, ta thường chuyển đổi về hàm số $\sin x$ và $\cos x$, sau đó kết hợp các công thức nhân đôi cơ bản:
- Định nghĩa tỉ số lượng giác: $\cot x = \frac{\cos x}{\sin x}$ và $\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$.
- Công thức nhân đôi của hàm cosin: $\cos 2x = \cos^2 x – \sin^2 x = 2\cos^2 x – 1 = 1 – 2\sin^2 x$.
- Công thức nhân đôi của hàm sin: $\sin 2x = 2\sin x \cos x \implies \sin x \cos x = \frac{1}{2}\sin 2x$.
Việc biến đổi biểu thức mẫu số trước sẽ giúp ta dễ dàng nhận ra nhân tử chung để triệt tiêu với tử số.
💡 LỜI GIẢI CHI TIẾT & CÁCH GIẢI TỪNG BƯỚC (Nhấn để mở)
Bước 1: Xác định điều kiện tồn tại của biểu thức
Biểu thức $P$ có nghĩa khi và chỉ khi:
$$\begin{cases} \sin x \ne 0 \\ \cos x \ne 0 \\ \cot x – \tan x \ne 0 \end{cases} \iff \begin{cases} \sin 2x \ne 0 \\ \frac{\cos^2 x – \sin^2 x}{\sin x \cos x} \ne 0 \end{cases} \iff \begin{cases} \sin 2x \ne 0 \\ \cos 2x \ne 0 \end{cases} \iff \sin 4x \ne 0 \iff x \ne \frac{k\pi}{4} \; (k \in \mathbb{Z})$$
Bước 2: Biến đổi mẫu số của biểu thức
Ta xét biểu thức ở mẫu số:
$$\cot x – \tan x = \frac{\cos x}{\sin x} – \frac{\sin x}{\cos x} = \frac{\cos^2 x – \sin^2 x}{\sin x \cos x}$$
Áp dụng các công thức nhân đôi:
$$\cos^2 x – \sin^2 x = \cos 2x$$ và $$\sin x \cos x = \frac{1}{2}\sin 2x$$
Suy ra:
$$\cot x – \tan x = \frac{\cos 2x}{\frac{1}{2}\sin 2x} = \frac{2\cos 2x}{\sin 2x} = 2\cot 2x$$
Bước 3: Thay vào biểu thức $P$ và rút gọn
Thay kết quả của mẫu số vào biểu thức $P$, ta được:
$$P = \frac{\cos 2x}{\frac{2\cos 2x}{\sin 2x}} = \cos 2x \cdot \frac{\sin 2x}{2\cos 2x} = \frac{1}{2}\sin 2x$$
👉 Kết luận: Biểu thức đã rút gọn là $P = \frac{1}{2}\sin 2x$ (hoặc $P = \sin x \cos x$).
✍️ 5 Bài tập tương tự tự luyện (Có lời giải chi tiết)
Bài tập 1: Rút gọn biểu thức lượng giác $A = \tan x + \cot x$ theo góc nhân đôi $2x$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 1
Đáp số: $A = \frac{2}{\sin 2x}$.
Bài tập 2: Rút gọn biểu thức $B = \frac{1}{\sin 2x} – \cot 2x$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 2
Áp dụng công thức nhân đôi: $1 – \cos 2x = 2\sin^2 x$ và $\sin 2x = 2\sin x \cos x$.
Suy ra: $B = \frac{2\sin^2 x}{2\sin x \cos x} = \frac{\sin x}{\cos x} = \tan x$.
Đáp số: $B = \tan x$.
Bài tập 3: Rút gọn biểu thức lượng giác $C = \cot x – \cot 2x$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 3
Đáp số: $C = \frac{1}{\sin 2x}$.
Bài tập 4: Rút gọn biểu thức $D = \frac{\sin 2x}{1 + \cos 2x}$ và so sánh phương pháp với bài toán rút gọn chứa góc nhân đôi.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 4
Suy ra: $D = \frac{2\sin x \cos x}{2\cos^2 x} = \frac{\sin x}{\cos x} = \tan x$.
Đáp số: $D = \tan x$.
Bài tập 5: Rút gọn biểu thức $E = (\tan x + \cot x)\sin 2x – 2\cos 2x$.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 5
Thay vào biểu thức: $E = \frac{2}{\sin 2x} \cdot \sin 2x – 2\cos 2x = 2 – 2\cos 2x = 2(1 – \cos 2x) = 4\sin^2 x$.
Đáp số: $E = 4\sin^2 x$ (hoặc $2 – 2\cos 2x$).

Để lại phản hồi