Sean A,B,C los ángulos de un triángulo con A y C agudos y B mayor que un ángulo recto, que satisfacen cos2A+cos2B+2sinAsinBcosC=815 y cos2B+cos2C+2sinBsinCcosA=914. Existen enteros positivos p,q,r, y s para los cuales cos2C+cos2A+2sinCsinAcosB=sp−qr, donde p+q y s son primos entre sí y r no es divisible por el cuadrado de ningún primo. Halla p+q+r+s.
Let A,B,C be angles of a triangle with A and C acute and B greater than a right angle satisfying cos2A+cos2B+2sinAsinBcosC=815 and cos2B+cos2C+2sinBsinCcosA=914. There are positive integers p,q,r, and s for which cos2C+cos2A+2sinCsinAcosB=sp−qr, where p+q and s are relatively prime and r is not divisible by the square of any prime. Find p+q+r+s.
Solución:
Reemplazando cada cos2 por 1−sin2, la primera ecuación se convierte en sin2A+sin2B−2sinAsinBcosC=81. Por la ley de senos, sinA=2Ra y así sucesivamente, así que el lado izquierdo es igual a 4R2a2+b2−2abcosC=4R2c2=sin2C por la ley de cosenos. De aquí sin2C=2−815=81. El mismo argumento convierte la segunda ecuación en sin2A=2−914=94, y muestra que la expresión pedida es igual a 2−sin2B.
Como A y C son agudos, cosA=35 y cosC=414, con sinA=32 y sinC=42. Entonces sinB=sin(A+C)=32⋅414+35⋅42=12214+10, así que sin2B=14466+835=7233+435.
Por lo tanto 2−sin2B=72111−435, y p+q+r+s=111+4+35+72=222.
Replacing each cos2 by 1−sin2, the first equation becomes sin2A+sin2B−2sinAsinBcosC=81. By the law of sines, sinA=2Ra and so on, so the left side equals 4R2a2+b2−2abcosC=4R2c2=sin2C by the law of cosines. Hence sin2C=2−815=81. The same argument turns the second equation into sin2A=2−914=94, and shows the requested expression equals 2−sin2B.
Since A and C are acute, cosA=35 and cosC=414, with sinA=32 and sinC=42. Then sinB=sin(A+C)=32⋅414+35⋅42=12214+10, so sin2B=14466+835=7233+435.
Therefore 2−sin2B=72111−435, and p+q+r+s=111+4+35+72=222.