$0 \leq \theta \leq 2\pi$ のとき、不等式 $\sin 2\theta - \sin \theta + 4\cos \theta \leq 2$ を解く問題です。

解析学三角関数不等式三角関数の合成三角関数の解法
2025/7/31

1. 問題の内容

0θ2π0 \leq \theta \leq 2\pi のとき、不等式 sin2θsinθ+4cosθ2\sin 2\theta - \sin \theta + 4\cos \theta \leq 2 を解く問題です。

2. 解き方の手順

まず、sin2θ\sin 2\theta2sinθcosθ2\sin \theta \cos \theta で置き換えます。
与えられた不等式は以下のようになります。
2sinθcosθsinθ+4cosθ22\sin \theta \cos \theta - \sin \theta + 4\cos \theta \leq 2
次に、左辺を整理します。
2sinθcosθsinθ+4cosθ202\sin \theta \cos \theta - \sin \theta + 4\cos \theta - 2 \leq 0
sinθ(2cosθ1)+2(2cosθ1)0\sin \theta(2\cos \theta - 1) + 2(2\cos \theta - 1) \leq 0
(2cosθ1)(sinθ+2)0(2\cos \theta - 1)(\sin \theta + 2) \leq 0
sinθ+2\sin \theta + 2 は常に正であるため、2cosθ102\cos \theta - 1 \leq 0 であることが必要です。
したがって、
2cosθ102\cos \theta - 1 \leq 0
cosθ12\cos \theta \leq \frac{1}{2}
0θ2π0 \leq \theta \leq 2\pi の範囲で cosθ12\cos \theta \leq \frac{1}{2} を満たす θ\theta の範囲を求めます。
cosθ=12\cos \theta = \frac{1}{2} となるのは θ=π3\theta = \frac{\pi}{3}θ=5π3\theta = \frac{5\pi}{3} のときです。
cosθ12\cos \theta \leq \frac{1}{2} となるのは π3θ5π3\frac{\pi}{3} \leq \theta \leq \frac{5\pi}{3} の範囲です。

3. 最終的な答え

π3θ5π3\frac{\pi}{3} \leq \theta \leq \frac{5\pi}{3}

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