Question Number 18457 by Tinkutara last updated on 21/Jul/17
$$\mathrm{The}\:\mathrm{number}\:\mathrm{of}\:\mathrm{solutions}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{equation} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\:\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta\:\mathrm{in}\:\mathrm{the} \\ $$$$\mathrm{interval}\:\left[\mathrm{0},\:\mathrm{4}\pi\right]\:\mathrm{is} \\ $$
Answered by mrW1 last updated on 21/Jul/17
$$\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\:\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta \\ $$$$\mathrm{2}\left(\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\right)\:=\:\mathrm{1}\:+\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\theta+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta+\mathrm{2}\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta \\ $$$$\mathrm{2}\left(\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\right)\:=\:\mathrm{1}\:+\left(\:\mathrm{sin}\:\theta\:+\mathrm{cos}\:\theta\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{1}\:−\mathrm{2}\left(\mathrm{sin}\:\theta+\mathrm{cos}\:\theta\right)+\left(\:\mathrm{sin}\:\theta\:+\mathrm{cos}\:\theta\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\left[\left(\mathrm{sin}\:\theta+\mathrm{cos}\:\theta\right)−\mathrm{1}\right]^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta+\mathrm{cos}\:\theta=\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta\mathrm{cos}\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}+\mathrm{cos}\:\theta\mathrm{sin}\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\left(\theta+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\theta+\frac{\pi}{\mathrm{4}}=\mathrm{2k}\pi+\frac{\pi}{\mathrm{4}},\mathrm{2k}\pi+\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{4}} \\ $$$$\theta=\mathrm{2k}\pi,\mathrm{2k}\pi+\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{in}\:\left[\mathrm{0},\mathrm{4}\pi\right]: \\ $$$$\theta=\mathrm{0},\frac{\pi}{\mathrm{2}},\mathrm{2}\pi,\frac{\mathrm{5}\pi}{\mathrm{2}},\mathrm{4}\pi \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{5}\:\mathrm{solutions} \\ $$
Commented by mrW1 last updated on 22/Jul/17
$$\mathrm{be}\:\mathrm{careful}\:\mathrm{with}\:\mathrm{squaring}! \\ $$$$\mathrm{x}=\mathrm{y}\:\Rightarrow\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{but}\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \:\nRightarrow\:\mathrm{x}=\mathrm{y}\:\mathrm{alone} \\ $$$$\mathrm{since}\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow\:\mid\mathrm{x}\mid=\mid\mathrm{y}\mid\:\mathrm{i}.\mathrm{e}.\:\mathrm{x}=\pm\mathrm{y} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{your}\:\mathrm{case}\:\mathrm{you}\:\mathrm{have}\:\mathrm{also}\:\mathrm{solutions} \\ $$$$\mathrm{which}\:\mathrm{fulfill}\:\mathrm{following}\:\mathrm{equation} \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\:−\left(\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta\right) \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{e}.\mathrm{g}.\:\mathrm{with}\:\theta=\pi \\ $$$$\mathrm{sin}\:\pi\:+\:\mathrm{cos}\:\pi\:=−\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:\pi\:\mathrm{cos}\:\pi=\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{1}\neq−\mathrm{1}\:\mathrm{but}\:\left(\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} =\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$
Commented by Tinkutara last updated on 22/Jul/17
$$\mathrm{Thanks}\:\mathrm{Sir}!\:\mathrm{But}\:\mathrm{what}\:\mathrm{is}\:\mathrm{the}\:\mathrm{mistake}\:\mathrm{in} \\ $$$$\mathrm{my}\:\mathrm{method}? \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta\:+\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\:\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta \\ $$$$\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta\:=\:\mathrm{1}\:+\:\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\theta\:\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\theta\:+\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta \\ $$$$\mathrm{sin}\:\theta\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\:\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\theta\:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\theta\:=\:\mathrm{0},\:\frac{\pi}{\mathrm{2}},\:\pi,\:\frac{\mathrm{3}\pi}{\mathrm{2}},\:\mathrm{2}\pi,\:\frac{\mathrm{5}\pi}{\mathrm{2}},\:\mathrm{3}\pi,\:\frac{\mathrm{7}\pi}{\mathrm{2}},\:\mathrm{4}\pi \\ $$
Commented by Tinkutara last updated on 22/Jul/17
$$\mathrm{Thanks}\:\mathrm{Sir}! \\ $$