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martes, 14 de noviembre de 2023

A vueltas con las ecuaciones trigonométricas

Un bonito ejercicio de resolución de ecuaciones trigonométricas, para valores de x comprendidos en la primera vuelta: \displaystyle -2^{\sin^2\,x}+2^{\cos^2\,x}=1

Teniendo en cuenta la identidad fundamental de la trigonometría \sin^2\,x+cos^2\,x=1, se tiene que cos^2\,x=1-\sin^2\,x, con lo cual podemos escribir la ecuación pedida de la siguiente forma: \displaystyle -2^{\sin^2\,x}+2^{1-\sin^2\,x}=1

Entonces,
  \displaystyle -2^{\sin^2\,x}+2^{1-\sin^2\,x}=1
    \displaystyle -2^{\sin^2\,x}+2\cdot 2^{-\sin^2\,x}=1
      \displaystyle \dfrac{-2^{\sin^2\,x}}{2^{-\sin^2\,x}}+\dfrac{2\cdot 2^{-\sin^2\,x}}{2^{-\sin^2\,x}}=\dfrac{1}{2^{-\sin^2\,x}}
        \displaystyle -(2^{\sin^2\,x})^2+2=2^{\sin^2\,x}
          \displaystyle -(2^{\sin^2\,x})^2-2^{\sin^2\,x}+2=0
            \displaystyle -u^2-u+2 \quad \overset{u:=2^{\sin^2\,x}}{=} \quad 0 \Leftrightarrow u=\dfrac{-(-1) \pm \sqrt{(-1)^2-4\cdot 2\cdot (-1)}}{2 \cdot (-1)} =\left\{\begin{matrix}-2 \\ 1 \end{matrix}\right.
Si u=-2, tenemos que -2=2^{\sin^2\,x}, y, como el segundo miembro es una cantidad positiva y el primero es una cantidad negativa, esta posibilidad no lleva a ninguna solución; por otra parte, si u=1, se tiene 1= 2^{\sin^2\,x}, esto es, 2^0= 2^{\sin^2\,x} \Leftrightarrow \sin^2\,x=0 \Leftrightarrow x=\left\{ \begin{matrix}0^o \\ 180^o \end{matrix}\right.. La solución pedida consta pues de dos valores 0^o y 180^o, o, expresado en radianes: 0\, \text{rad} y \pi\,\text{rad}. \diamond

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