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[Risolto] trigonometria

  

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Data la semicirconferenza di centro $O$ e raggio unitario, prolunga il diametro $A B$ di un segmento $\overline{B C}=1$ e congiungi il punto $C$ con i punti $P$ e $Q$ della semicirconferenza tali che $C \widehat{O} Q=2 \cdot C \widehat{O} P$. Indicato con $x$ l'angolo $C \widehat{O} P$, determina l'espressione della funzione:
$$
f(x)=\frac{\overline{Q C}^{2}-\overline{P C}^{2}}{2 \overline{Q P}^{2}}
$$
Rappresenta il grafico di $f(x)$ ed evidenzia il tratto relativo al problema. Indipendentemente dal problema geometrico, risolvi la disequazione $f(x) \leq 0$
$$
\left[f(x)=2 \cos x+1,0<x \leq \frac{\pi}{2} ; \frac{2}{3} \pi+2 k \pi \leq x \leq \frac{4}{3} \pi+2 k \pi\right]
$$

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quadrati dei segmenti $Q C$ e $P C$ si possono determinare con il teorema di Carnot applicato ai triangoli $Q B C$ e $P B C$, una volta determinati in funzione di $x$ i lati $Q B$ e $P B$, in quanto basi di triangoli isosceli di lati obliqui unitari e angoli al vertice $2 x$ e $x$ rispettivamente:
$$
Q B=2 \sin x P B=Q P=2 \sin \left(\frac{x}{2}\right)
$$
Tenendo conto che $\angle Q B C=90^{\circ}+x$ e $\angle P B C=90^{\circ}+x / 2$, e che in generale $\cos \left(90^{\circ}+\alpha\right)=-\sin (\alpha)$, il teorema di Carnot ci fornisce:
$$
\begin{array}{r}
Q C^{2}=4 \sin ^{2} x+1+4 \sin ^{2} x=8 \sin ^{2} x+1 \\
P C^{2}=4 \sin ^{2}(x / 2)+1+4 \sin ^{2}(x / 2)=8 \sin ^{2}(x / 2)+1
\end{array}
$$
Pertanto:
$$
f(x)=\frac{\left(Q C^{2}-P C^{2}\right)}{2\left(Q P^{2}\right)}=\frac{\sin ^{2} x-\sin ^{2}(x / 2)}{\sin ^{2}(x / 2)}=\frac{\sin ^{2} x}{\sin ^{2}(x / 2)}-1
$$
Utilizzando alcune note formule goniometriche si può ulteriormente semplificare l'espressione:
$$
f(x)=\frac{4 \sin ^{2}(x / 2) \cos ^{2}(x / 2)}{\sin ^{2}(x / 2)}-1=4 \cos ^{2}(x / 2)-1=2 \cos x+1
$$



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SOS Matematica

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