1997 AIME Problema 11

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11.

Sea ¿Cuál es el mayor entero que no excede a 100x100x? x=n=144cosnn=144sinn.x = \frac{\displaystyle\sum_{n=1}^{44} \cos n^\circ}{\displaystyle\sum_{n=1}^{44} \sin n^\circ}.

Let x=n=144cosnn=144sinn.x = \frac{\displaystyle\sum_{n=1}^{44} \cos n^\circ}{\displaystyle\sum_{n=1}^{44} \sin n^\circ}. What is the greatest integer that does not exceed 100x?100x?

Respuesta: 241
Conceptos:identidad trigonométricatelescópica
Nivel de dificultad: 2710
Solución:

Multiplica el numerador y el denominador por 2sin12.2\sin\frac{1}{2}^\circ. Como 2cosnsin122\cos n^\circ \sin\frac{1}{2}^\circ =sin(n+12)= \sin\left(n + \frac{1}{2}\right)^\circ sin(n12)- \sin\left(n - \frac{1}{2}\right)^\circ y 2sinnsin122\sin n^\circ \sin\frac{1}{2}^\circ =cos(n12)= \cos\left(n - \frac{1}{2}\right)^\circ cos(n+12),- \cos\left(n + \frac{1}{2}\right)^\circ, ambas sumas se telescopan: usando las identidades de suma a producto en el último paso. x=sin44.5sin0.5cos0.5cos44.5=2cos22.5sin222sin22.5sin22=cot22.5, \begin{aligned} x &= \frac{\sin 44.5^\circ - \sin 0.5^\circ}{\cos 0.5^\circ - \cos 44.5^\circ} \\ &= \frac{2\cos 22.5^\circ \sin 22^\circ}{2\sin 22.5^\circ \sin 22^\circ} \\ &= \cot 22.5^\circ, \end{aligned}

Por la fórmula del ángulo medio, cot22.5=1+cos45sin45=2+1.\cot 22.5^\circ = \frac{1 + \cos 45^\circ}{\sin 45^\circ} = \sqrt{2} + 1. Por lo tanto 100x=1002+100100x = 100\sqrt{2} + 100 =241.42,= 241.42\ldots, y el mayor entero que no lo excede es 241.241.

Multiply numerator and denominator by 2sin12.2\sin\frac{1}{2}^\circ. Since 2cosnsin122\cos n^\circ \sin\frac{1}{2}^\circ =sin(n+12)= \sin\left(n + \frac{1}{2}\right)^\circ sin(n12)- \sin\left(n - \frac{1}{2}\right)^\circ and 2sinnsin122\sin n^\circ \sin\frac{1}{2}^\circ =cos(n12)= \cos\left(n - \frac{1}{2}\right)^\circ cos(n+12),- \cos\left(n + \frac{1}{2}\right)^\circ, both sums telescope: x=sin44.5sin0.5cos0.5cos44.5=2cos22.5sin222sin22.5sin22=cot22.5, \begin{aligned} x &= \frac{\sin 44.5^\circ - \sin 0.5^\circ}{\cos 0.5^\circ - \cos 44.5^\circ} \\ &= \frac{2\cos 22.5^\circ \sin 22^\circ}{2\sin 22.5^\circ \sin 22^\circ} \\ &= \cot 22.5^\circ, \end{aligned} using the sum-to-product identities in the last step.

By the half-angle formula, cot22.5=1+cos45sin45=2+1.\cot 22.5^\circ = \frac{1 + \cos 45^\circ}{\sin 45^\circ} = \sqrt{2} + 1. Hence 100x=1002+100100x = 100\sqrt{2} + 100 =241.42,= 241.42\ldots, and the greatest integer not exceeding it is 241.241.

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