Question

$sin^8(x)+cos^8(x)=\frac{17}{16}cos^2(2x);$ Помогите пожалуйста решить это уравнение. Ответ: $\frac{\pi}{8}+\frac{\pi}{4}n, n Є Z;$

Answer 1

$\sin^{8}x + \cos^{8}x = \dfrac{17}{16} \cos^{2}2x$

$(\sin^{2}x)^{4} + (\cos^{2}x)^{4} = \dfrac{17}{16} \cos^{2}2x$

$\left(\dfrac{1 - \cos 2x}{2} \right)^{4} + \left(\dfrac{1 + \cos 2x}{2} \right)^{4} = \dfrac{17}{16} \cos^{2}2x \ \ \ | \cdot 16$

$(1 - \cos 2x)^{4} + (1 + \cos 2x)^{4} = 17 \cos^{2}2x$

$(1) \ (1 - \cos 2x)^{4} = 1 - 4\cos 2x + 6\cos^{2} 2x - 4\cos^{3}2x + \cos^{4}2x\\(2) \ (1 + \cos 2x)^{4} = 1 + 4\cos 2x + 6\cos^{2} 2x + 4\cos^{3}2x + \cos^{4}2x$

Складываем $(1)$ и $(2)$ выражения и получаем:

$2 + 12 \cos^{2} 2x + 2\cos^{4}2x = 17\cos^{2}2x$

$2\cos^{4}2x - 5\cos^{2}2x + 2 = 0$

Замена: $\cos^{2} 2x = t, \ t \in [0; \ 1]$

Характеристическое уравнение:

$2t^{2} - 5t + 2 = 0$

$D = (-5)^{2} - 4 \cdot 2 \cdot 2 = 25 - 16 = 9$

$t_{1} = \dfrac{5 + \sqrt{9}}{2 \cdot 2} = \dfrac{5 + 3}{4} = 2 > 1$ — не удовлетворяет условию

$t_{2} = \dfrac{5 - \sqrt{9}}{2 \cdot 2} = \dfrac{5 - 3}{4} = \dfrac{1}{2}$

Обратная замена:

$\cos^{2} 2x = \dfrac{1}{2}$

$\displaystyle \left [ {{\cos 2x = \sqrt{\dfrac{1}{2} } \ \ } \atop {\cos 2x = -\sqrt{\dfrac{1}{2}}} \right.$

$\displaystyle \left [ {{\cos 2x = \dfrac{\sqrt{2}}{2} \ \ \ \ \ (1) } \atop {\cos 2x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2} \ \ \ (2)} \right.$

Решим $(1)$ уравнение:

$\cos 2x = \dfrac{\sqrt{2}}{2}$

$2x = \pm \arccos \dfrac{\sqrt{2}}{2} + 2\pi n, \ n \in Z$

$2x = \pm \dfrac{\pi}{4} + 2\pi n, \ n \in Z$

$x = \pm \dfrac{\pi}{8} + \pi n , \ n \in Z$

Решим $(2)$ уравнение:

$\cos 2x = -\dfrac{\sqrt{2}}{2}$

$2x = \pm \arccos \left( -\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right) + 2\pi n, \ n \in Z$

$2x = \pm \left(\pi - \arccos \dfrac{\sqrt{2}}{2} \right) + 2 \pi n, \ n \in Z$

$2x = \pm \left(\pi - \dfrac{\pi}{4} \right) + 2 \pi n, \ n \in Z$

$2x = \pm \dfrac{3\pi}{4} + 2\pi n, \ n \in Z$

$x = \pm \dfrac{3\pi}{8} + \pi n , \ n \in Z$

Изобразим полученные ответы на единичной окружности и найдем общее решение.

Из рисунка видим, что через каждые $\dfrac{\pi}{4}$ получаем ответ.

Таким образом, общий ответ:

$x = \dfrac{\pi}{8} + \dfrac{\pi n}{4}, \ n \in Z$

Ответ: $x = \dfrac{\pi}{8} + \dfrac{\pi n}{4}, \ n \in Z$