不等式 $2\cos^2{\theta} - \sin{\theta} - 2 > 0$ を解く問題です。

解析学三角関数不等式三角不等式
2025/3/9

1. 問題の内容

不等式 2cos2θsinθ2>02\cos^2{\theta} - \sin{\theta} - 2 > 0 を解く問題です。

2. 解き方の手順

まず、cos2θ\cos^2{\theta}sinθ\sin{\theta} で表します。三角関数の恒等式 sin2θ+cos2θ=1\sin^2{\theta} + \cos^2{\theta} = 1 より、cos2θ=1sin2θ\cos^2{\theta} = 1 - \sin^2{\theta} となります。
これを不等式に代入すると、
2(1sin2θ)sinθ2>02(1 - \sin^2{\theta}) - \sin{\theta} - 2 > 0
22sin2θsinθ2>02 - 2\sin^2{\theta} - \sin{\theta} - 2 > 0
2sin2θsinθ>0-2\sin^2{\theta} - \sin{\theta} > 0
2sin2θ+sinθ<02\sin^2{\theta} + \sin{\theta} < 0
sinθ(2sinθ+1)<0\sin{\theta}(2\sin{\theta} + 1) < 0
ここで、x=sinθx = \sin{\theta} とおくと、x(2x+1)<0x(2x + 1) < 0 となります。
この不等式を解くと、12<x<0-\frac{1}{2} < x < 0 となります。
したがって、12<sinθ<0-\frac{1}{2} < \sin{\theta} < 0 となります。
sinθ=12\sin{\theta} = -\frac{1}{2} となる θ\theta は、θ=7π6,11π6\theta = \frac{7\pi}{6}, \frac{11\pi}{6} です。
sinθ<0\sin{\theta} < 0 となるのは、π<θ<2π\pi < \theta < 2\pi の範囲です。
したがって、π<θ<7π6\pi < \theta < \frac{7\pi}{6} または 11π6<θ<2π\frac{11\pi}{6} < \theta < 2\pi が解となります。

3. 最終的な答え

π<θ<7π6\pi < \theta < \frac{7\pi}{6}, 11π6<θ<2π\frac{11\pi}{6} < \theta < 2\pi

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