Khẳng định nào đúng: cos2x = 2cosx? Công thức nhân đôi của cosin

Trả lời nhanh

Khẳng định cos2x = 2cosx là sai với mọi x nói chung. Chỉ cần thử x = 0: cos0 = 1 nhưng 2cos0 = 2. Công thức đúng của cosin góc nhân đôi là cos2x = 2cos²x − 1 = 1 − 2sin²x = cos²x − sin²x. Khi đề cho nhiều phương án, em chọn phương án có dạng bình phương như vậy chứ không chọn dạng “nhân 2 cosx”.

Vì sao cos2x không bằng 2cosx?

Hàm cos không có tính chất tuyến tính, nghĩa là cos(2x) không bằng 2·cos(x). Nhìn bằng giá trị: cosx luôn nằm trong đoạn [−1; 1], nên 2cosx có thể nhận giá trị trong [−2; 2], còn cos2x thì không bao giờ vượt quá 1. Hai biểu thức khác nhau về miền giá trị nên không thể bằng nhau với mọi x.

Đồ thị y = cos2x và y = 2cosx trên đoạn từ −π đến π cho thấy cos2x khác 2cosx
Hình 1. Đồ thị hai hàm số y = cos2x và y = 2cosx: chúng không trùng nhau.

Đồ thị cho thấy hai đường chỉ cắt nhau tại một vài điểm cụ thể (chấm vàng), không trùng nhau. Vì vậy “cos2x = 2cosx” nếu có thì chỉ là một phương trình, không phải đẳng thức.

Các dạng đúng của công thức nhân đôi

Công thức Khi nào dùng
cos2x = cos²x − sin²x Dạng gốc, suy ra từ công thức cộng cos(x + x)
cos2x = 2cos²x − 1 Đề chỉ có cosx, muốn hạ bậc hoặc đưa về một hàm
cos2x = 1 − 2sin²x Đề chỉ có sinx
sin2x = 2sinx·cosx Nhân đôi của sin

Em có thể tự chứng minh dạng thứ hai: từ cos2x = cos²x − sin²x và sin²x = 1 − cos²x, thay vào được cos2x = cos²x − (1 − cos²x) = 2cos²x − 1.

Cách chọn khẳng định đúng trong đề trắc nghiệm

  1. Thử giá trị đặc biệt: chọn x = 0, x = π/2 hoặc x = π/3 rồi so hai vế. Chỉ cần một giá trị làm hai vế khác nhau là loại được phương án.
  2. Đối chiếu công thức: phương án nào khớp với một trong các dạng ở bảng trên thì giữ lại.
  3. Soát hệ số và luỹ thừa: hay gặp các phương án “giả” như cos2x = 2cosx, cos2x = 2cos²x (thiếu −1), cos2x = cos²x + sin²x (đúng bằng 1, không phải cos2x).

Ví dụ thử x = π/3: cos(2π/3) = −1/2 còn 2cos(π/3) = 1, hai vế khác nhau, đúng như phân tích.

Nếu đề hỏi giải phương trình cos2x = 2cosx

Đây là một câu hỏi khác nhưng hay xuất hiện cùng dạng. Đặt t = cosx, thay cos2x = 2t² − 1:

  1. 2t² − 1 = 2t, suy ra 2t² − 2t − 1 = 0.
  2. Nghiệm t = (1 + √3)/2 ≈ 1,37 (loại vì lớn hơn 1) và t = (1 − √3)/2 ≈ −0,366 (nhận).
  3. Do đó cosx = (1 − √3)/2, tức x = ± arccos((1 − √3)/2) + k2π, k thuộc ℤ. Giá trị gần đúng là x ≈ ±1,946 rad.

Điều này cũng giải thích vì sao đồ thị ở trên cắt nhau tại hai điểm trong đoạn [−π; π].

Lỗi sai thường gặp

  • Đưa hằng số ra ngoài hàm lượng giác: viết cos2x = 2cosx hay sin2x = 2sinx như phép nhân thông thường.
  • Quên số hạng −1: viết cos2x = 2cos²x thay vì 2cos²x − 1.
  • Nhầm sin2x với cos2x: sin2x = 2sinx·cosx có tích hai hàm, còn cos2x thì không có dạng tích đó.

Bài tập tự luyện (có đáp án)

Bài 1. Cho cosx = 1/3. Tính cos2x.

Đáp án: cos2x = 2·(1/3)² − 1 = 2/9 − 1 = −7/9.

Bài 2. Cho sinx = 3/5. Tính cos2x.

Đáp án: cos2x = 1 − 2·(3/5)² = 1 − 18/25 = 7/25.

Bài 3. Khẳng định nào đúng: (a) sin2x = 2sinx; (b) sin2x = 2sinx·cosx?

Đáp án: (b) đúng. Với (a), thử x = π/2: sinπ = 0 nhưng 2sin(π/2) = 2.

Bài 4. Rút gọn A = 2cos²x − cos2x.

Đáp án: A = 2cos²x − (2cos²x − 1) = 1.

Câu hỏi thường gặp

cos2x có bằng 2cosx không?

Không. Đây không phải đẳng thức, chẳng hạn x = 0 cho cos0 = 1 nhưng 2cos0 = 2. Công thức đúng là cos2x = 2cos²x − 1.

Công thức nhân đôi của cosin gồm những dạng nào?

Có ba dạng: cos2x = cos²x − sin²x, cos2x = 2cos²x − 1 và cos2x = 1 − 2sin²x. Chọn dạng nào tuỳ đề cho cosx hay sinx.

Làm sao nhanh chóng loại một công thức lượng giác sai?

Thay một giá trị đặc biệt như x = 0, π/2 hoặc π/3 vào hai vế. Chỉ cần hai vế khác nhau là phương án đó sai.