Конечно, давайте решим уравнение (\sin^2{x} + \sin{2x} = 1).
Шаг 1: Заметим, что (\sin{2x}) можно выразить через (\sin{x}) и (\cos{x}) с использованием тригонометрической идентичности:
[ \sin{2x} = 2\sin{x}\cos{x}. ]
Шаг 2: Подставим это в исходное уравнение:
[ \sin^2{x} + 2\sin{x}\cos{x} = 1. ]
Шаг 3: Воспользуемся основной тригонометрической идентичностью (\cos^2{x} = 1 - \sin^2{x}) и подставим её в уравнение:
[ \sin^2{x} + 2\sin{x}(1 - \sin^2{x})^{1/2} = 1. ]
Шаг 4: Обозначим (\sin{x} = t), где (t) находится в интервале ([-1, 1]). Тогда уравнение принимает вид:
[ t^2 + 2t(1 - t^2)^{1/2} = 1. ]
Шаг 5: Решим это уравнение относительно (t). Внесем (t) в квадратный корень:
[ t^2 + 2t \sqrt{1 - t^2} = 1. ]
Шаг 6: Изолируем квадратный корень:
[ 2t \sqrt{1 - t^2} = 1 - t^2. ]
Шаг 7: Возведем обе части уравнения в квадрат, чтобы убрать квадратный корень:
[ (2t \sqrt{1 - t^2})^2 = (1 - t^2)^2, ]
[ 4t^2(1 - t^2) = (1 - t^2)^2. ]
Шаг 8: Раскроем скобки:
[ 4t^2 - 4t^4 = 1 - 2t^2 + t^4. ]
Шаг 9: Приведем все к одному виду и перенесем все члены на одну сторону уравнения:
[ 4t^2 - 4t^4 - 1 + 2t^2 - t^4 = 0, ]
[ -5t^4 + 6t^2 - 1 = 0. ]
Шаг 10: Решим это уравнение относительно (t^2). Обозначим (u = t^2), тогда уравнение принимает вид:
[ -5u^2 + 6u - 1 = 0. ]
Шаг 11: Решим квадратное уравнение относительно (u):
[ u = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}, ]
где (a = -5), (b = 6), (c = -1):
[ u = \frac{-6 \pm \sqrt{36 - 20}}{-10}, ]
[ u = \frac{-6 \pm \sqrt{16}}{-10}, ]
[ u = \frac{-6 \pm 4}{-10}. ]
Шаг 12: Найдем оба решения:
[ u_1 = \frac{-6 + 4}{-10} = \frac{-2}{-10} = \frac{1}{5}, ]
[ u_2 = \frac{-6 - 4}{-10} = \frac{-10}{-10} = 1. ]
Шаг 13: Вернемся к (t):
[ t^2 = \frac{1}{5} \text{ или } t^2 = 1. ]
Шаг 14: Найдем (t):
[ t = \pm \sqrt{\frac{1}{5}} = \pm \frac{1}{\sqrt{5}} \text{ или } t = \pm 1. ]
Шаг 15: Теперь вернемся к (\sin{x}):
[ \sin{x} = \pm \frac{1}{\sqrt{5}} \text{ или } \sin{x} = \pm 1. ]
Шаг 16: Найдем соответствующие значения (x):
(\sin{x} = \pm \frac{1}{\sqrt{5}}):
[ x = \arcsin{\left(\pm \frac{1}{\sqrt{5}}\right)} + 2k\pi \text{ или } x = \pi - \arcsin{\left(\pm \frac{1}{\sqrt{5}}\right)} + 2k\pi, ]
где (k \in \mathbb{Z}).
(\sin{x} = \pm 1):
[ x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi \text{ или } x = \frac{3\pi}{2} + 2k\pi, ]
где (k \in \mathbb{Z}).
Таким образом, решения уравнения (\sin^2{x} + \sin{2x} = 1) включают:
[ x = \arcsin{\left(\pm \frac{1}{\sqrt{5}}\right)} + 2k\pi, \, x = \pi - \arcsin{\left(\pm \frac{1}{\sqrt{5}}\right)} + 2k\pi, \, x = \frac{\pi}{2} + 2k\pi, \, x = \frac{3\pi}{2} + 2k\pi, ]
где (k \in \mathbb{Z}).