Задание № 14 · ЕГЭ

Уравнения с синусом и косинусом

Алгоритмы и приёмы решения уравнений, содержащих синус и косинус одного аргумента
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Уравнения с синусом и косинусом одного аргумента часто сводятся к квадратному уравнению относительно \(\sin x\) или \(\cos x\), к однородному уравнению или к формуле вспомогательного угла. Ниже разобраны основные способы, которые нужны для решения общих тригонометрических уравнений и заданий ЕГЭ-14.

Что называют уравнением с синусом и косинусом

Тригонометрическое уравнение — это уравнение, в котором неизвестная входит в аргумент тригонометрической функции. На этой странице рассматриваются выражения с одним и тем же аргументом, например \(\sin x\) и \(\cos x\), а также их степени и произведения: \(\sin^2x\), \(\sin x\cos x\), \(\cos^2x\).

D
Основная идея

Сначала нужно распознать структуру уравнения, а затем выбрать замену или тождество. Нельзя автоматически делить на \(\sin x\) или \(\cos x\): при этом можно потерять корни, для которых делитель равен нулю.

T
Главное тождество

Для любого действительного \(x\) выполняется основное тригонометрическое тождество \(\sin^2x+\cos^2x=1\). Оно позволяет заменить квадрат одной функции через квадрат другой.

\[\sin^2 x+\cos^2 x=1\]

Полезно помнить также формулы двойного угла и произведения. Их вывод и применение связаны с формулами сложения, а преобразование линейной комбинации синуса и косинуса — с методом вспомогательного угла.

\[\sin 2x=2\sin x\cos x,\qquad \cos 2x=\cos^2x-\sin^2x\]

Уравнения, сводимые к квадратному

Если в уравнении встречаются только \(\sin x\) и \(\sin^2x\), удобно сделать замену \(t=\sin x\). После решения квадратного уравнения нужно обязательно проверить условие \(-1\le t\le1\) и решить получившиеся простейшие уравнения.

\[t=\sin x,\qquad -1\le t\le1\]

Аналогично при наличии \(\cos x\) и \(\cos^2x\) используют замену \(t=\cos x\). Если после замены получено значение вне отрезка \([-1;1]\), соответствующая ветвь решений отбрасывается.

Как выбрать замену

Если есть \(\sin^2x\) и \(\sin x\), заменяйте \(\sin x\). Если есть \(\cos^2x\) и \(\cos x\), заменяйте \(\cos x\). Если присутствуют и синус, и косинус, сначала попробуйте применить \(\sin^2x+\cos^2x=1\) или проверить однородность.

Однородные уравнения

Уравнение называется однородным, если все его слагаемые имеют одинаковую общую степень относительно \(\sin x\) и \(\cos x\). Например, \(a\sin^2x+b\sin x\cos x+c\cos^2x=0\) — однородное уравнение второй степени.

В таком случае часто делят уравнение на \(\cos^2x\) и получают квадратное уравнение относительно \(\tan x\). Но перед делением нужно отдельно проверить случай \(\cos x=0\). Если делить на \(\sin^2x\), отдельно проверяют \(\sin x=0\).

\[a\sin^2x+b\sin x\cos x+c\cos^2x=0\]
\[\cos x\ne0:\quad a\tan^2x+b\tan x+c=0\]
!
Опасное деление

При делении на \(\cos x\) или \(\cos^2x\) сначала рассмотрите случай \(\cos x=0\). При делении на \(\sin x\) отдельно рассмотрите \(\sin x=0\). Иначе часть решений может исчезнуть.

Микро-проверка

Какое действие обязательно перед делением однородного уравнения на \(\cos^2x\)?

Линейная комбинация синуса и косинуса

Уравнение вида \(a\sin x+b\cos x=c\) решают методом вспомогательного угла. Выражение слева представляют как произведение числа \(R=\sqrt{a^2+b^2}\) на синус или косинус разности углов.

\[a\sin x+b\cos x=R\sin(x+\varphi),\qquad R=\sqrt{a^2+b^2}\]
\[\cos\varphi=\frac{a}{R},\qquad \sin\varphi=\frac{b}{R}\]

После преобразования получают простейшее уравнение \(\sin(x+\varphi)=\frac{c}{R}\). Оно имеет решения только при \(\left|\frac{c}{R}\right|\le1\), то есть \(|c|\le R\). Это условие иногда позволяет сразу доказать отсутствие решений.

T
Оценка линейной комбинации

Для любых \(x\) выполняется \(|a\sin x+b\cos x|\le\sqrt{a^2+b^2}\). Поэтому уравнение \(a\sin x+b\cos x=c\) не имеет решений, если \(|c|>\sqrt{a^2+b^2}\).

Разобранный пример

Решим уравнение \(2\sin^2x+\sin x\cos x-\cos^2x=0\) на множестве действительных чисел.

Показать решение ЕГЭ-14
1
Уравнение однородное второй степени. Сначала проверим случай, который нельзя включать в деление.
\(\displaystyle \cos x=0\quad\Rightarrow\quad \sin^2x=1\)
2
Подстановка показывает, что левая часть равна \(2\), поэтому при \(\cos x=0\) решений нет.
\(\displaystyle 2\sin^2x+\sin x\cos x-\cos^2x=2\ne0\)
3
Теперь можно разделить исходное уравнение на \(\cos^2x\) и ввести тангенс.
\(\displaystyle 2\tan^2x+\tan x-1=0\)
4
Решаем квадратное уравнение разложением на множители.
\(\displaystyle (2\tan x-1)(\tan x+1)=0\)
5
Получаем два простейших уравнения.
\(\displaystyle \tan x=\frac12\quad\text{или}\quad\tan x=-1\)
6
Общий вид решений для тангенса имеет период \(\pi\).
\(\displaystyle x=\arctan\frac12+\pi k\quad\text{или}\quad x=-\frac{\pi}{4}+\pi k,\qquad k\in\mathbb Z\)
№
Ответ

\(x=\arctan\frac12+\pi k\) или \(x=-\frac{\pi}{4}+\pi k\), где \(k\in\mathbb Z\). Отдельная проверка случая \(\cos x=0\) показала, что дополнительные корни не появляются.

Универсальный алгоритм

  1. Приведите уравнение к удобному виду: раскройте скобки, перенесите слагаемые, примените тождества.
  2. Определите структуру: квадратная замена, однородное уравнение или линейная комбинация.
  3. Перед делением на синус или косинус рассмотрите случай, когда делитель равен нулю.
  4. Решите полученное алгебраическое или простейшее тригонометрическое уравнение.
  5. Проверьте ограничения: \(\sin x\) и \(\cos x\) лежат в \([-1;1]\), а выбранная замена не должна нарушать исходное уравнение.
  6. Запишите общий ответ с правильным периодом.

Для проверки числа решений на отрезке полезно учитывать период функции. Если аргумент сложный, обратитесь к странице о периоде сложной тригонометрической функции. При исследовании количества корней могут пригодиться промежутки монотонности и свойства производной.

!
Частые ошибки

1. Потеря решений при делении без отдельной проверки нулевого делителя. 2. Принятие значения \(t=2\) за возможный синус или косинус. 3. Неверный период: у синуса и косинуса период \(2\pi\), у тангенса — \(\pi\). 4. Запись только одного корня уравнения \(\sin x=a\) или \(\cos x=a\). 5. Отсутствие проверки после возведения в квадрат.

Простейшие уравнения и запись ответа

\[\sin x=a:\quad x=(-1)^k\arcsin a+\pi k,\quad k\in\mathbb Z\]
\[\cos x=a:\quad x=\pm\arccos a+2\pi k,\quad k\in\mathbb Z\]
\[\tan x=a:\quad x=\arctan a+\pi k,\quad k\in\mathbb Z\]

В формулах для синуса и косинуса необходимо условие \(|a|\le1\). Для отбора корней на заданном промежутке подставляют целые значения \(k\) и оставляют только те \(x\), которые принадлежат промежутку.

Главное за минуту

Главное

  • Используйте \(\sin^2x+\cos^2x=1\) и замены \(t=\sin x\) или \(t=\cos x\) для квадратных уравнений.
  • Однородное уравнение часто сводится к квадратному относительно \(\tan x\), но деление требует отдельной проверки.
  • Линейная комбинация \(a\sin x+b\cos x\) преобразуется методом вспомогательного угла.
  • Всегда учитывайте ограничения \(-1\le\sin x,\cos x\le1\) и правильный период решений.
  • После преобразований проверяйте найденные корни в исходном уравнении.
Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · вспомогательный угол
Какова область значений выражения \(3\sin x+4\cos x\)?