$0 \le \theta < 2\pi$ のとき、次の不等式を解く。 (1) $\cos(\theta + \frac{\pi}{6}) \ge \frac{1}{2}$ (2) $\sin(\theta - \frac{\pi}{4}) < \frac{\sqrt{3}}{2}$ (3) $\tan(\theta + \frac{\pi}{4}) > \sqrt{3}$

解析学三角関数不等式三角不等式
2025/7/1

1. 問題の内容

0θ<2π0 \le \theta < 2\pi のとき、次の不等式を解く。
(1) cos(θ+π6)12\cos(\theta + \frac{\pi}{6}) \ge \frac{1}{2}
(2) sin(θπ4)<32\sin(\theta - \frac{\pi}{4}) < \frac{\sqrt{3}}{2}
(3) tan(θ+π4)>3\tan(\theta + \frac{\pi}{4}) > \sqrt{3}

2. 解き方の手順

(1) cos(θ+π6)12\cos(\theta + \frac{\pi}{6}) \ge \frac{1}{2}
t=θ+π6t = \theta + \frac{\pi}{6} とおく。0θ<2π0 \le \theta < 2\pi より、π6t<2π+π6\frac{\pi}{6} \le t < 2\pi + \frac{\pi}{6}
cost12\cos t \ge \frac{1}{2} を解くと、
0tπ30 \le t \le \frac{\pi}{3}, 5π3t2π\frac{5\pi}{3} \le t \le 2\pi
これに t=θ+π6t = \theta + \frac{\pi}{6} を代入して、
π6θ+π6π30θπ6\frac{\pi}{6} \le \theta + \frac{\pi}{6} \le \frac{\pi}{3} \Rightarrow 0 \le \theta \le \frac{\pi}{6}
5π3θ+π6<2π+π65π3π6θ<2π\frac{5\pi}{3} \le \theta + \frac{\pi}{6} < 2\pi + \frac{\pi}{6} \Rightarrow \frac{5\pi}{3} - \frac{\pi}{6} \le \theta < 2\pi
10ππ6θ<2π3π2θ<2π\Rightarrow \frac{10\pi - \pi}{6} \le \theta < 2\pi \Rightarrow \frac{3\pi}{2} \le \theta < 2\pi
(2) sin(θπ4)<32\sin(\theta - \frac{\pi}{4}) < \frac{\sqrt{3}}{2}
t=θπ4t = \theta - \frac{\pi}{4} とおく。0θ<2π0 \le \theta < 2\pi より、π4t<2ππ4-\frac{\pi}{4} \le t < 2\pi - \frac{\pi}{4}
sint<32\sin t < \frac{\sqrt{3}}{2} を解くと、
π4t<π3-\frac{\pi}{4} \le t < \frac{\pi}{3}, 2π3<t<2ππ4\frac{2\pi}{3} < t < 2\pi - \frac{\pi}{4}
これに t=θπ4t = \theta - \frac{\pi}{4} を代入して、
π4θπ4<π30θ<π3+π4=7π12-\frac{\pi}{4} \le \theta - \frac{\pi}{4} < \frac{\pi}{3} \Rightarrow 0 \le \theta < \frac{\pi}{3} + \frac{\pi}{4} = \frac{7\pi}{12}
2π3<θπ4<2ππ42π3+π4<θ<2π\frac{2\pi}{3} < \theta - \frac{\pi}{4} < 2\pi - \frac{\pi}{4} \Rightarrow \frac{2\pi}{3} + \frac{\pi}{4} < \theta < 2\pi
8π+3π12<θ<2π11π12<θ<2π\Rightarrow \frac{8\pi + 3\pi}{12} < \theta < 2\pi \Rightarrow \frac{11\pi}{12} < \theta < 2\pi
(3) tan(θ+π4)>3\tan(\theta + \frac{\pi}{4}) > \sqrt{3}
t=θ+π4t = \theta + \frac{\pi}{4} とおく。0θ<2π0 \le \theta < 2\pi より、π4t<2π+π4\frac{\pi}{4} \le t < 2\pi + \frac{\pi}{4}
tant>3\tan t > \sqrt{3} を解くと、
π3<t<π2\frac{\pi}{3} < t < \frac{\pi}{2}, 4π3<t<3π2\frac{4\pi}{3} < t < \frac{3\pi}{2}
これに t=θ+π4t = \theta + \frac{\pi}{4} を代入して、
π3<θ+π4<π2π3π4<θ<π2π4π12<θ<π4\frac{\pi}{3} < \theta + \frac{\pi}{4} < \frac{\pi}{2} \Rightarrow \frac{\pi}{3} - \frac{\pi}{4} < \theta < \frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{4} \Rightarrow \frac{\pi}{12} < \theta < \frac{\pi}{4}
4π3<θ+π4<3π24π3π4<θ<3π2π4\frac{4\pi}{3} < \theta + \frac{\pi}{4} < \frac{3\pi}{2} \Rightarrow \frac{4\pi}{3} - \frac{\pi}{4} < \theta < \frac{3\pi}{2} - \frac{\pi}{4}
16π3π12<θ<6ππ413π12<θ<5π4\Rightarrow \frac{16\pi - 3\pi}{12} < \theta < \frac{6\pi - \pi}{4} \Rightarrow \frac{13\pi}{12} < \theta < \frac{5\pi}{4}

3. 最終的な答え

(1) 0θπ60 \le \theta \le \frac{\pi}{6}, 3π2θ<2π\frac{3\pi}{2} \le \theta < 2\pi
(2) 0θ<7π120 \le \theta < \frac{7\pi}{12}, 11π12<θ<2π\frac{11\pi}{12} < \theta < 2\pi
(3) π12<θ<π4\frac{\pi}{12} < \theta < \frac{\pi}{4}, 13π12<θ<5π4\frac{13\pi}{12} < \theta < \frac{5\pi}{4}

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