Bài 4: PT lượng giác cơ bản
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 4: PT lượng giác cơ bản — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Phương trình $\sin x = m$
- Nếu $|m| > 1$: Phương trình vô nghiệm.
- Nếu $|m| \le 1$: Gọi $\alpha$ là một góc thỏa mãn $\sin\alpha = m$, phương trình có hai họ nghiệm: $$\left[\begin{array}{l} x = \alpha + k2\pi \\ x = \pi - \alpha + k2\pi \end{array}\right. \quad (k \in \mathbb{Z})$$
- Tính theo đơn vị độ ($a^\circ$): $$\left[\begin{array}{l} x = a^\circ + k \cdot 360^\circ \\ x = 180^\circ - a^\circ + k \cdot 360^\circ \end{array}\right. \quad (k \in \mathbb{Z})$$
II. Phương trình $\cos x = m$
- Nếu $|m| > 1$: Phương trình vô nghiệm.
- Nếu $|m| \le 1$: Gọi $\alpha$ là một góc thỏa mãn $\cos\alpha = m$, phương trình có họ nghiệm đối nhau: $$x = \pm \alpha + k2\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$
- Tính theo đơn vị độ: $$x = \pm a^\circ + k \cdot 360^\circ \quad (k \in \mathbb{Z})$$
III. Phương trình $\tan x = m$
- Phương trình luôn có nghiệm với mọi $m \in \mathbb{R}$.
- Gọi $\alpha$ là một góc thỏa mãn $\tan\alpha = m$ (điều kiện $x \ne \dfrac{\pi}{2} + k\pi$), phương trình có họ nghiệm: $$x = \alpha + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$
IV. Phương trình $\cot x = m$
- Phương trình luôn có nghiệm với mọi $m \in \mathbb{R}$.
- Gọi $\alpha$ là một góc thỏa mãn $\cot\alpha = m$ (điều kiện $x \ne k\pi$), phương trình có họ nghiệm: $$x = \alpha + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$
V. Các trường hợp đặc biệt (0, 1, -1)
| Giá trị $m$ | $\sin x = m$ | $\cos x = m$ |
|---|---|---|
| $m = 0$ | $x = k\pi$ | $x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi$ |
| $m = 1$ | $x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi$ | $x = k2\pi$ |
| $m = -1$ | $x = -\dfrac{\pi}{2} + k2\pi$ | $x = \pi + k2\pi$ |
🔷 Dạng 1: Giải PT lượng giác cơ bản (sin, cos)
- Biến đổi vế phải về dạng $\sin\alpha$ hoặc $\cos\alpha$.
- Áp dụng công thức nghiệm tổng quát của $\sin u = \sin v$ hoặc $\cos u = \cos v$.
Giải phương trình $\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right) = \dfrac{\sqrt{3}}{2}$.
Xem lời giải
Vì $\sin\dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\sqrt{3}}{2}$, phương trình tương đương:
$$\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{3}\right) = \sin\dfrac{\pi}{3}$$ $$\Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x - \dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \\ 2x - \dfrac{\pi}{3} = \pi - \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x = \dfrac{2\pi}{3} + k2\pi \\ 2x = \pi + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{3} + k\pi \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \end{array}\right. \quad (k \in \mathbb{Z})$$Giải phương trình $\cos\left(3x + \dfrac{\pi}{4}\right) = -\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
Xem lời giải
Vì $\cos\dfrac{3\pi}{4} = -\dfrac{\sqrt{2}}{2}$, phương trình tương đương:
$$\cos\left(3x + \dfrac{\pi}{4}\right) = \cos\dfrac{3\pi}{4}$$ $$\Leftrightarrow 3x + \dfrac{\pi}{4} = \pm \dfrac{3\pi}{4} + k2\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$• TH1: $3x = \dfrac{3\pi}{4} - \dfrac{\pi}{4} + k2\pi = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{6} + k\dfrac{2\pi}{3}$.
• TH2: $3x = -\dfrac{3\pi}{4} - \dfrac{\pi}{4} + k2\pi = -\pi + k2\pi \Leftrightarrow x = -\dfrac{\pi}{3} + k\dfrac{2\pi}{3}$.
📝 Thực hành — Dạng 1
Giải phương trình $\sin\left(x + 15^\circ\right) = \dfrac{1}{2}$.
Xem lời giải
$\sin(x + 15^\circ) = \sin 30^\circ \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x + 15^\circ = 30^\circ + k360^\circ \\ x + 15^\circ = 180^\circ - 30^\circ + k360^\circ \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = 15^\circ + k360^\circ \\ x = 135^\circ + k360^\circ \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$.
Giải phương trình $\cos 2x = \cos\left(x + \dfrac{\pi}{3}\right)$.
Xem lời giải
$$\Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x = x + \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \\ 2x = -x - \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \\ 3x = -\dfrac{\pi}{3} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{3} + k2\pi \\ x = -\dfrac{\pi}{9} + k\dfrac{2\pi}{3} \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$$
🔷 Dạng 2: Giải PT lượng giác cơ bản (tan, cot)
- Đặt điều kiện xác định cho hàm số $\tan$ (mẫu $\cos \ne 0$) hoặc $\cot$ (mẫu $\sin \ne 0$).
- Đưa về dạng $\tan u = \tan v \Leftrightarrow u = v + k\pi$ hoặc $\cot u = \cot v \Leftrightarrow u = v + k\pi$.
Giải phương trình $\tan\left(x - \dfrac{\pi}{6}\right) = \sqrt{3}$.
Xem lời giải
Vì $\tan\dfrac{\pi}{3} = \sqrt{3}$, phương trình tương đương:
$$\tan\left(x - \dfrac{\pi}{6}\right) = \tan\dfrac{\pi}{3} \Leftrightarrow x - \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{\pi}{3} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$Giải phương trình $\cot 2x = -1$.
Xem lời giải
Vì $\cot\left(-\dfrac{\pi}{4}\right) = -1$, phương trình tương đương:
$$\cot 2x = \cot\left(-\dfrac{\pi}{4}\right) \Leftrightarrow 2x = -\dfrac{\pi}{4} + k\pi \Leftrightarrow x = -\dfrac{\pi}{8} + k\dfrac{\pi}{2} \quad (k \in \mathbb{Z})$$📝 Thực hành — Dạng 2
Giải phương trình $\sqrt{3}\tan x + 1 = 0$.
Xem lời giải
$$\tan x = -\dfrac{1}{\sqrt{3}} = \tan\left(-\dfrac{\pi}{6}\right) \Leftrightarrow x = -\dfrac{\pi}{6} + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$
Giải phương trình $\cot\left(3x + \dfrac{\pi}{4}\right) = 0$.
Xem lời giải
$\cot u = 0 \Leftrightarrow u = \dfrac{\pi}{2} + k\pi$.
$$3x + \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow 3x = \dfrac{\pi}{4} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{12} + k\dfrac{\pi}{3} \quad (k \in \mathbb{Z})$$🔷 Dạng 3: Biến đổi đưa về PT lượng giác cơ bản
- Dùng công thức góc liên quan đặc biệt (phụ chéo): $\sin a = \cos b \Leftrightarrow \sin a = \sin\left(\dfrac{\pi}{2} - b\right)$.
- Dùng công thức hạ bậc, nhân đôi hoặc tích thành tổng để đưa phương trình về dạng tích $A \cdot B = 0$.
Giải phương trình $\sin 2x = \cos x$.
Xem lời giải
Cách 1 (Dùng phụ chéo): Biến đổi $\cos x = \sin\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right)$.
$$\sin 2x = \sin\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x = \dfrac{\pi}{2} - x + k2\pi \\ 2x = \pi - \left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 3x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{6} + k\dfrac{2\pi}{3} \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi \end{array}\right.$$Giải phương trình $\sin x + \sin 3x = 0$.
Xem lời giải
Dùng công thức tổng thành tích $\sin x + \sin 3x = 2\sin 2x \cos(-x) = 2\sin 2x \cos x$.
Phương trình tương đương $2\sin 2x \cos x = 0 \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} \sin 2x = 0 \\ \cos x = 0 \end{array}\right.$.
• $\sin 2x = 0 \Leftrightarrow 2x = k\pi \Leftrightarrow x = k\dfrac{\pi}{2}$.
• $\cos x = 0 \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi$ (nghiệm này đã chứa trong $x = k\dfrac{\pi}{2}$).
Vậy nghiệm là $x = k\dfrac{\pi}{2} \ (k \in \mathbb{Z})$.
📝 Thực hành — Dạng 3
Giải phương trình $\cos 3x + \cos x = 0$.
Xem lời giải
$2\cos 2x \cos x = 0 \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} \cos 2x = 0 \\ \cos x = 0 \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{4} + k\dfrac{\pi}{2} \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$.
Giải phương trình $\sin^2 x - \cos^2 x = 0$.
Xem lời giải
Ta có $\cos^2 x - \sin^2 x = 0 \Leftrightarrow \cos 2x = 0 \Leftrightarrow 2x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{4} + k\dfrac{\pi}{2} \ (k \in \mathbb{Z})$.
🔷 Dạng 4: Tìm nghiệm thỏa mãn khoảng, đoạn
- Bước 1: Tìm họ nghiệm tổng quát của phương trình theo $k \in \mathbb{Z}$.
- Bước 2: Cho họ nghiệm nằm trong khoảng $(a; b)$ hoặc đoạn $[a; b]$, giải bất phương trình tìm các giá trị nguyên $k$.
- Bước 3: Thay $k$ vừa tìm được trở lại họ nghiệm để có các nghiệm cụ thể.
Tìm các nghiệm của phương trình $\sin x = \dfrac{1}{2}$ thuộc đoạn $[0; 2\pi]$.
Xem lời giải
Nghiệm tổng quát: $x = \dfrac{\pi}{6} + k2\pi$ hoặc $x = \dfrac{5\pi}{6} + k2\pi \ (k \in \mathbb{Z})$.
• Với $x = \dfrac{\pi}{6} + k2\pi$: Cho $0 \le \dfrac{\pi}{6} + k2\pi \le 2\pi \Leftrightarrow -\dfrac{1}{6} \le 2k \le \dfrac{11}{6} \Leftrightarrow -\dfrac{1}{12} \le k \le \dfrac{11}{12}$. Vì $k \in \mathbb{Z} \Rightarrow k = 0 \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{6}$.
• Với $x = \dfrac{5\pi}{6} + k2\pi$: Cho $0 \le \dfrac{5\pi}{6} + k2\pi \le 2\pi \Leftrightarrow -\dfrac{5}{12} \le k \le \dfrac{7}{12} \Rightarrow k = 0 \Rightarrow x = \dfrac{5\pi}{6}$.
Vậy có 2 nghiệm thuộc đoạn $[0; 2\pi]$ là $x = \dfrac{\pi}{6}$ và $x = \dfrac{5\pi}{6}$.
Tìm số nghiệm của phương trình $\cos 2x = 0$ trong khoảng $(-\pi; \pi)$.
Xem lời giải
Nghiệm: $2x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{4} + k\dfrac{\pi}{2} \ (k \in \mathbb{Z})$.
Cho $-\pi < \dfrac{\pi}{4} + k\dfrac{\pi}{2} < \pi \Leftrightarrow -1 < \dfrac{1}{4} + \dfrac{k}{2} < 1 \Leftrightarrow -\dfrac{5}{4} < \dfrac{k}{2} < \dfrac{3}{4} \Leftrightarrow -2{,}5 < k < 1{,}5$.
Vì $k \in \mathbb{Z}$ nên $k \in \{-2; -1; 0; 1\}$ ($4$ giá trị $k$).
Vậy phương trình có đúng $4$ nghiệm trong khoảng đã cho.
📝 Thực hành — Dạng 4
Tính tổng các nghiệm của phương trình $\tan x = 1$ trong khoảng $(0; 2\pi)$.
Xem lời giải
$x = \dfrac{\pi}{4} + k\pi$. Khoảng $(0; 2\pi)$ ứng với $k = 0 \Rightarrow x_1 = \dfrac{\pi}{4}$ và $k = 1 \Rightarrow x_2 = \dfrac{5\pi}{4}$.
Tổng các nghiệm $S = \dfrac{\pi}{4} + \dfrac{5\pi}{4} = \dfrac{6\pi}{4} = \dfrac{3\pi}{2}$.
Tìm nghiệm âm lớn nhất của phương trình $\sin 3x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2}$.
Xem lời giải
$\sin 3x = \sin\left(-\dfrac{\pi}{4}\right) \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 3x = -\dfrac{\pi}{4} + k2\pi \\ 3x = \dfrac{5\pi}{4} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = -\dfrac{\pi}{12} + k\dfrac{2\pi}{3} \\ x = \dfrac{5\pi}{12} + k\dfrac{2\pi}{3} \end{array}\right.$.
Nghiệm âm lớn nhất ứng với $k = 0$ ở nhánh 1: $x = -\dfrac{\pi}{12}$.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Giải các phương trình sau:
a) $\sin\left(x - \dfrac{\pi}{3}\right) = \dfrac{1}{2}$
b) $\cos\left(2x + 30^\circ\right) = -\dfrac{\sqrt{3}}{2}$
Xem lời giải
a) $x - \dfrac{\pi}{3} = \dfrac{\pi}{6} + k2\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi$ hoặc $x - \dfrac{\pi}{3} = \dfrac{5\pi}{6} + k2\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{7\pi}{6} + k2\pi \ (k \in \mathbb{Z})$.
b) $2x + 30^\circ = \pm 150^\circ + k360^\circ \Leftrightarrow x = 60^\circ + k180^\circ$ hoặc $x = -90^\circ + k180^\circ \ (k \in \mathbb{Z})$.
Bài 2. Giải các phương trình sau:
a) $\tan\left(3x + \dfrac{\pi}{4}\right) = -1$
b) $\sqrt{3}\cot\left(x - \dfrac{\pi}{6}\right) = 1$
Xem lời giải
a) $3x + \dfrac{\pi}{4} = -\dfrac{\pi}{4} + k\pi \Leftrightarrow 3x = -\dfrac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow x = -\dfrac{\pi}{6} + k\dfrac{\pi}{3} \ (k \in \mathbb{Z})$.
b) $\cot\left(x - \dfrac{\pi}{6}\right) = \dfrac{1}{\sqrt{3}} = \cot\dfrac{\pi}{3} \Leftrightarrow x - \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{\pi}{3} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \ (k \in \mathbb{Z})$.
Bài 3. Giải phương trình $\sin 3x = \sin\left(x + \dfrac{\pi}{4}\right)$.
Xem lời giải
$$\left[\begin{array}{l} 3x = x + \dfrac{\pi}{4} + k2\pi \\ 3x = \pi - x - \dfrac{\pi}{4} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x = \dfrac{\pi}{4} + k2\pi \\ 4x = \dfrac{3\pi}{4} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{8} + k\pi \\ x = \dfrac{3\pi}{16} + k\dfrac{\pi}{2} \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$$
Bài 4. Giải phương trình $\cos 4x + \cos 2x = 0$.
Xem lời giải
$2\cos 3x \cos x = 0 \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} \cos 3x = 0 \\ \cos x = 0 \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 3x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{6} + k\dfrac{\pi}{3} \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$.
Bài 5. Giải phương trình $\sin x + \cos x = 1$.
Xem lời giải
Biến đổi $\sqrt{2}\sin\left(x + \dfrac{\pi}{4}\right) = 1 \Leftrightarrow \sin\left(x + \dfrac{\pi}{4}\right) = \dfrac{1}{\sqrt{2}} = \sin\dfrac{\pi}{4}$.
$$\left[\begin{array}{l} x + \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{\pi}{4} + k2\pi \\ x + \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{3\pi}{4} + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = k2\pi \\ x = \dfrac{\pi}{2} + k2\pi \end{array}\right. \ (k \in \mathbb{Z})$$
Bài 6. Tìm tất cả các nghiệm thuộc đoạn $[-\pi; \pi]$ của phương trình $\cos 2x = -\dfrac{1}{2}$.
Xem lời giải
$2x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + k2\pi \Leftrightarrow x = \pm \dfrac{\pi}{3} + k\pi \ (k \in \mathbb{Z})$.
Cho $x \in [-\pi; \pi]$ thu được 4 nghiệm: $x \in \left\{-\dfrac{2\pi}{3}; -\dfrac{\pi}{3}; \dfrac{\pi}{3}; \dfrac{2\pi}{3}\right\}$.
Bài 7. Giải phương trình $\tan 2x \cdot \tan x = 1$.
Xem lời giải
Điều kiện $\cos 2x \ne 0, \cos x \ne 0$.
$\tan 2x = \cot x = \tan\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) \Leftrightarrow 2x = \dfrac{\pi}{2} - x + k\pi \Leftrightarrow 3x = \dfrac{\pi}{2} + k\pi \Leftrightarrow x = \dfrac{\pi}{6} + k\dfrac{\pi}{3} \ (k \in \mathbb{Z})$.
Thử lại điều kiện thấy các nghiệm đều thỏa mãn.
Bài 8. Tìm nghiệm dương nhỏ nhất của phương trình $\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{4}\right) = \cos x$.
Xem lời giải
$\sin\left(2x - \dfrac{\pi}{4}\right) = \sin\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} 2x - \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{\pi}{2} - x + k2\pi \\ 2x - \dfrac{\pi}{4} = \pi - \left(\dfrac{\pi}{2} - x\right) + k2\pi \end{array}\right. \Leftrightarrow \left[\begin{array}{l} x = \dfrac{\pi}{4} + k\dfrac{2\pi}{3} \\ x = \dfrac{3\pi}{4} + k2\pi \end{array}\right.$.
Nghiệm dương nhỏ nhất là $x = \dfrac{\pi}{4}$ (khi $k = 0$ ở họ 1).
Bài 9. Giải phương trình $\sin^4 x - \cos^4 x = \dfrac{1}{2}$.
Xem lời giải
Vế trái $= (\sin^2 x - \cos^2 x)(\sin^2 x + \cos^2 x) = -\cos 2x \cdot 1 = -\cos 2x$.
Phương trình trở thành $-\cos 2x = \dfrac{1}{2} \Leftrightarrow \cos 2x = -\dfrac{1}{2} = \cos\dfrac{2\pi}{3}$.
$$2x = \pm \dfrac{2\pi}{3} + k2\pi \Leftrightarrow x = \pm \dfrac{\pi}{3} + k\pi \quad (k \in \mathbb{Z})$$
Bài 10. Tìm tất cả các giá trị của tham số $m$ để phương trình $\sin 2x = m - 1$ có nghiệm.
Xem lời giải
Phương trình $\sin 2x = m - 1$ có nghiệm khi và chỉ khi $m - 1$ thuộc tập giá trị của hàm sin $[-1; 1]$:
$$-1 \le m - 1 \le 1 \Leftrightarrow 0 \le m \le 2$$Vậy $m \in [0; 2]$.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Phương trình lượng giác cơ bản. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Phương trình lượng giác
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →