题目
Problem
9.
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
(a) Use de Moivre’s theorem to show that
sin5θ≡asin5θ+bsin3θ+csinθ
where a, b and c are integers to be determined.
(5)
(b) Hence determine the possible exact values of sin2(5kπ) where k∈Z
(4)
题目中文翻译
本题必须展示所有计算步骤。
完全依赖计算器技术得出的解答不予接受。
(a) 使用棣莫弗定理证明
sin5θ≡asin5θ+bsin3θ+csinθ,
并求出整数 a、b、c 的值。
(5)
(b) 由此求 sin2(5kπ) 的所有可能精确值,其中 k∈Z。
(4)
解答
(a)
解法一
思路
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用 De Moivre’s theorem 展开 (cosθ+isinθ)5,取虚部得到 sin5θ。然后用 cos2θ=1−sin2θ 把式子全部写成 sinθ 的幂。
答题过程
展开
By De Moivre’s theorem,
(cosθ+isinθ)5=cos5θ+isin5θ
Taking imaginary parts after expanding,
sin5θ=5cos4θsinθ−10cos2θsin3θ+sin5θ
Use
cos2θ=1−sin2θ
Then
sin5θ====5(1−sin2θ)2sinθ−10(1−sin2θ)sin3θ+sin5θ5(1−2sin2θ+sin4θ)sinθ−10sin3θ+10sin5θ+sin5θ5sinθ−10sin3θ+5sin5θ−10sin3θ+11sin5θ16sin5θ−20sin3θ+5sinθ
Therefore
a=16,b=−20,c=5
(b)
解法一
思路
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令 θ=5kπ,则 5θ=kπ,所以 sin5θ=0。把 (a) 的式子设为 0,提取 sinθ 后,剩下是关于 sin2θ 的二次方程。
答题过程
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Let
θ=5kπ
where k∈Z. Then
sin5θ=sin(kπ)=0
Using part (a),
16sin5θ−20sin3θ+5sinθ=sinθ(16sin4θ−20sin2θ+5)=00
One possibility is
sin2θ=0
For the other possibilities, let
u=sin2θ
Then
16u2−20u+5=0
Solve:
u====3220±(−20)2−4(16)(5)3220±803220±4585±5
Therefore the possible exact values are
0,85−5,85+5