Ý tưởng: gộp hai sóng thành một
Phương trình a·sinx + b·cosx = c trông rắc rối vì có cả sin lẫn cos. Nhưng tổng của một sóng sin và một sóng cos cùng chu kỳ vẫn là một sóng hình sin duy nhất. Ta viết được a·sinx + b·cosx = R·sin(x + φ), trong đó biên độ mới là R = √(a² + b²).
Các bước giải
- Tính R = √(a² + b²) — biên độ của sóng gộp.
- Chọn góc φ sao cho cos φ = a/R và sin φ = b/R.
- Đưa về R·sin(x + φ) = c, tức sin(x + φ) = c/R.
- Giải sin cơ bản: x + φ = arcsin(c/R) + k2π hoặc x + φ = π − arcsin(c/R) + k2π.
Vì sao điều kiện có nghiệm là |c| ≤ R
Sóng R·sin(x + φ) chỉ dao động giữa −R và R. Đường nằm ngang y = c chỉ cắt được sóng khi nó nằm trong dải đó, nghĩa là |c| ≤ R hay tương đương a² + b² ≥ c². Nếu |c| > R, đường y=c bay khỏi sóng — không có giao điểm nên phương trình vô nghiệm.
Ứng dụng thực tế
Việc gộp sóng sin và cos xuất hiện khi:
- 🔊 Cộng hai dao động điều hòa cùng tần số trong vật lí và âm thanh.
- ⚡ Phân tích dòng điện xoay chiều, pha và biên độ.
- 📡 Xử lý tín hiệu, điều chế sóng mang.
- 🎢 Tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của biểu thức a·sinx + b·cosx.