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¿$\cos x+\cos 3x+\cos 5x+\cos 7x=0$, Cualquier método rápido?

¿Cómo resolver la siguiente ecuación de forma rápida?

\begin{eqnarray} \\\cos x+\cos 3x+\cos 5x+\cos 7x=0\\ \end{eqnarray}

Si normalmente resuelvo la ecuación, lleva así mucho tiempo para mí.

Yo he escrito en un generador de solución para ver los pasos. Uno de los pasos muestra:

\begin{eqnarray} \\\cos x+\cos 3x+\cos 5x+\cos 7x&=&0\\ \\-4\cos x+40\cos ^3x-96\cos ^5x+64\cos ^7x&=&0\\ \end{eqnarray}

¿Cómo puedo obtener este formulario? Parece muy rápido. ¿o esta methd rápido no existen?

Gracias por su atención

10voto

lhf Puntos 83572

Escribir $e^{i\theta}+e^{-i\theta}=2\cos \theta$. Entonces

$ 0=2(\cos \theta+\cos 3\theta+\cos 5\theta+\cos 7\theta)=e^{i\theta}+e^{-i\theta}+e^{-i3\theta}+e^{i3\theta}+e^{-i5\theta}+e^{i5\theta}+e^{-i7\theta}+e^{i7\theta} $

Multiplicar por $e^{i7\theta}$:

$ 0=e^{i8\theta}+e^{i6\theta}+e^{i4\theta}+e^{i10\theta}+e^{i2\theta}+e^{i12\theta}+e^{-i0\theta}+e^{i14\theta} $

Set $z=e^{i2\theta}$:

$ 0=1+z+z^2+z^3+z^4+z^5+z^6+z^7=\dfrac{1-z^8}{1-z} $

Por eso,$z^8=1$$e^{i16\theta}=1$. Esto significa que $\theta=\dfrac{k\pi}{8}$, para $k\in\mathbb Z$, $k$ no es un múltiplo de a $8$, debido a que necesitamos para evitar la $z=1$.

4voto

aaa Puntos 304

% De identidad de producto de uso $2\cos(x)\cos (y)=\cos(x+y)+\cos(x-y)$

Así $\cos x+\cos7x=2\cos4x\cos3x$

Y $\cos3x+\cos5x=2\cos4x\cos x$.

Factoring $2\cos4x$, obtenemos $2\cos4x (\cos3x+\cos x)=0$.

¿Puede resolver el 1 º factor derecho ahora? Para el segundo factor, utilizar la identidad arriba otra vez y se hará.:)

2voto

JessicaK Puntos 2941

Esto no es muy rápido, pero puede utilizar de Moivre en cada término y tomar la parte real como este $$\cos(7\theta) + i\sin(7\theta) = \left[\cos(\theta) + i\sin(\theta)\right]^{7}.$ $ por el teorema del binomio,\begin{align*} \left[\cos(\theta) + i\sin(\theta)\right]^{7} = \cos^{7}(\theta) &+ 7\cos^{6}(\theta)i\sin(\theta)+ 21\cos^{5}(\theta)i^{2}\sin^{2}(\theta) + 35\cos^{4}(\theta)i^{3}\sin^{3}(\theta)\\ &+ 35\cos^{3}(\theta)i^{4}\sin^{4}(\theta) + 21\cos^{2}(\theta)i^{5}\sin^{5}(\theta)+ 7\cos(\theta)i^{6}\sin^{6}(\theta) + i^{7}\sin^{7}(\theta). \end{align*} $\cos(7\theta)= \cos^{7}(\theta) - 21\cos^{5}(\theta) \sin^{2}(\theta) + 35\cos^{3}(\theta) \sin^{4}(\theta) - 7\cos(\theta)\sin^{6}(\theta)$ y así sucesivamente

2voto

Farkhod Gaziev Puntos 6

$$\text{Using }\cos C+\cos D=2\cos\frac{C+D}2\cos\frac{C-D}2\ \ \ \ (1)$$

$$\cos x+\cos7x=2\cos4x\cos3x\text{ and }\cos3x+\cos5x=2\cos4x\cos x$$

Así, el problema se reduce a $2\cos4x(\cos3x+\cos x)=0$

Si $\displaystyle\cos4x=0, 4x=\frac{(2n+1)\pi}2$ donde $n$ es cualquier entero

Otra cosa $\cos3x+\cos x=0$

De nuevo, el uso de $(1)$

Generalización:

El uso de este,

Caso$1:$ $$\large S=\sum_{k=0}^{n-1}\cos (a+k \cdot d) =\frac{\sin\left(n \cdot\frac d2\right)}{\sin \frac d2} \times \cos \left( \frac{ 2 a + (n-1)d}2\right)$$

si $\sin \frac d2\ne0\ \ \ \ (*)$ $\iff \frac d2\ne m\pi\iff d\ne2m\pi$ donde $m$ es cualquier entero,

Si $\displaystyle S=0,$

Caso $1a):\displaystyle \sin\left(n \cdot\frac d2\right)=0,\implies n \cdot\frac d2=2r\pi\iff d=\frac{4r\pi}n$ donde $r$ es cualquier entero

Pero $n$ no debe dividir a $2r,$ lo contrario $d$ será múltiplo de $2\pi$, lo cual está prohibido por $(*)$

Caso $1b):\cos \left( \frac{ 2 a + (n-1)d}2\right)=0\implies \frac{ 2 a + (n-1)d}2=(2s+1)\frac\pi2\iff 2a+(n-1)d=(2s+1)\pi$ donde $s$ es cualquier entero

Caso $\displaystyle2: \sin \frac d2=0 \iff d=2m\pi$

$\displaystyle\implies \cos(a+k\cdot d)=\cos(a+k\cdot 2m\pi)=\cos a$ para todo entero $k$

$\displaystyle\implies S=\sum_{k=0}^{n-1}\cos (a+k \cdot d) =n\cos a $ $0$

Como $n\ne0,\displaystyle\implies a=(2t+1)\frac\pi2$ donde $t$ es cualquier entero

Observar que en el problema actual, $n=4,d=2a$

1voto

frank000 Puntos 2056

En caso de agrietarse la cuestión por resolver ecuación polinómica, que $cos(x)=y$

Has encontrado %#% $ #%

Se puede factorizar a

$$64y^7-96y^5+10y^2-4y=0$$

Además $$4y(2y^2-1)(8y^4-8y^2+1)=0$ y $$2y^2-1=(\sqrt{2}y+1)(\sqrt{2}y-1)$ $ usando cuadráticas fórmula obtendrás las mismas soluciones otros post de la gente.

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