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一组三角求和
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一组三角求和
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lemondian
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lemondian
发表于 2024-12-6 11:28
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三角求和:
已知$r\inN^*$,求:
1.$\sum_{k=1}^n\sin^{2r}\dfrac{k\pi}{2n+1}$;
2.$\sum_{k=1}^{n-1}\sin^{2r}\dfrac{k\pi}{2n}$;
3.$\sum_{k=1}^n\cos^{2r}\dfrac{k\pi}{2n+1}$;
4.$\sum_{k=1}^{n-1}\cos^{2r}\dfrac{k\pi}{2n}$.
三角函数
,
三角求和
,
三角恒等式
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战巡
发表于 2024-12-6 21:11
有这么两个公式:
\[\sin^{2r}(\theta)=\frac{C_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r-1}}\sum_{j=0}^{r-1}(-1)^{r-j}C_{2r}^j\cos((2r-2j)\theta)\]
以及
\[\cos^{2r}(\theta)=\frac{C_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r-1}}\sum_{j=0}^{r-1}C_{2r}^j\cos((2r-2j)\theta)\]
下面只示范一个
\[\sin^{2r}(\frac{k\pi}{2n+1})=\frac{C_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r-1}}\sum_{j=0}^{r-1}(-1)^{r-j}C_{2r}^j\cos((2r-2j)\frac{k\pi}{2n+1})\]
\[\sum_{k=1}^n\sin^{2r}(\frac{k\pi}{2n+1})=\frac{nC_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r-1}}\sum_{j=0}^{r-1}(-1)^{r-j}C_{2r}^j\sum_{k=1}^n\cos((2r-2j)\frac{k\pi}{2n+1})\]
\[=\frac{nC_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r-1}}\sum_{j=0}^{r-1}(-1)^{r-j}C_{2r}^j\cdot\frac{1}{2}\left(-1+\frac{\sin((r-j)\pi)}{\sin(\frac{(r-j)\pi}{2n+1})}\right)\]
注意$r-j$为整数,$\sin((r-j)\pi)=0$,故此
\[=\frac{nC_{2r}^r}{2^{2r}}+\frac{1}{2^{2r}}\sum_{j=0}^{r-1}(-1)^{r-j+1}C_{2r}^j\]
\[=\frac{nC_{2r}^r-\frac{C_{2r}^r}{2}}{2^{2r}}\]
\[=\frac{(2n+1)C_{2r}^r}{2^{2r+1}}\]
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lemondian
请问一下:上面两个公式如何来的?有公式的推导过程吗?
发表于 2024-12-7 09:25
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lemondian
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lemondian
发表于 2024-12-7 21:19
跟这个东东有没有关系?
kuing.cjhb.site/forum.php?mod=viewthread&tid=5332
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战巡
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战巡
发表于 2024-12-7 22:43
本帖最后由 战巡 于 2024-12-7 22:50 编辑
这里也同样只示范一个:
注意到
\[\cos((2r-2j)\theta)+i\sin((2r-2j)\theta)=(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}\]
\[2\cos((2r-2j)\theta)=\cos((2r-2j)\theta)+i\sin((2r-2j)\theta)+\cos((2r-2j)\theta)-i\sin((2r-2j)\theta)=(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}+(\cos(\theta)-i\sin(\theta))^{2r-2j}\]
那么
\[2C_{2r}^j\cos((2r-2j)\theta)=C_{2r}^j[(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}+(\cos(\theta)-i\sin(\theta))^{2r-2j}]\]
这里注意
\[\cos(\theta)-i\sin(\theta)=\frac{1}{\cos(\theta)+i\sin(\theta)}\]
于是
\[\mbox{原式}=C_{2r}^j(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}+C_{2r}^{2r-j}(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2j-2r}\]
\[\sum_{j=0}^{r-1}2C_{2r}^j\cos((2r-2j)\theta)=\sum_{j=0}^{r-1}C_{2r}^j(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}+\sum_{j=0}^{r-1}C_{2r}^{2r-j}(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2j-2r}\]
\[=\sum_{j=0}^{2r}C_{2r}^j(\cos(\theta)+i\sin(\theta))^{2r-2j}-C_{2r}^r\]
\[=\left(\cos(\theta)+i\sin(\theta)+\frac{1}{\cos(\theta)+i\sin(\theta)}\right)^{2r}-C_{2r}^r\]
\[=(2\cos(\theta))^{2r}-C_{2r}^r\]
即
\[2\sum_{j=0}^{r-1}C_{2r}^j\cos((2r-2j)\theta)=(2\cos(\theta))^{2r}-C_{2r}^r\]
下略
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lemondian
谢谢!正在努力读懂
发表于 2024-12-8 11:08
lemondian
@战巡:
正弦的那个偶次降幂公式能再写一下证明过程吗?俺推不出来😅
发表于 2025-2-8 21:10
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GMT+8, 2025-3-4 12:18
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