题目
Problem
By considering the binomial expansion of (z−z1)5, where z=cosθ+isinθ, use de Moivre’s theorem to show that
cosec5θ=sin5θ+bsin3θ+csinθa,
where a, b and c are integers to be determined.
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题目中文翻译
通过考虑 (z−z1)5 的二项展开,其中 z=cosθ+isinθ,使用 de Moivre 定理证明
cosec5θ=sin5θ+bsin3θ+csinθa,
其中 a、b 和 c 是需要确定的整数。
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原卷通用作答要求
Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.
You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.
Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.
请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。
解答
解法一
思路
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展开 (z−z−1)5,把指数互为相反数的项配对。用 de Moivre 定理把这些差改写成正弦,最后在 sinθ=0 时取倒数。
答题过程
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By de Moivre’s theorem zm−z−m=2isin(mθ) for integer m. The binomial expansion is
(z−z−1)5==z5−5z3+10z−10z−1+5z−3−z−5(z5−z−5)−5(z3−z−3)+10(z−z−1).
Since z−z−1=2isinθ, dividing by 2i gives
16sin5θ=sin5θ−5sin3θ+10sinθ.
For sinθ=0 we therefore have
csc5θ=sin5θ−5sin3θ+10sinθ16,(a,b,c)=(16,−5,10).