2010 AMC 12B 第 20 题

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20.

某等比数列 (an)(a_n) 满足 a1=sin⁡xa_1=\sin x,a2=cos⁡xa_2=\cos x,且 a3=tan⁡xa_3=\tan x,其中 xx 为某个实数。对哪个 nn 有 an=1+cos⁡xa_n=1+\cos x?

A geometric sequence (an)(a_n) has a1=sin⁡x,a_1=\sin x, a2=cos⁡x,a_2=\cos x, and a3=tan⁡xa_3=\tan x for some real number x.x. For what value of nn does an=1+cos⁡x?a_n=1+\cos x?

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答案:E
知识点:等比数列三角恒等式
难度评级:2240
小提示:

公比为 r=cos⁡xsin⁡x=cot⁡xr=\dfrac{\cos x}{\sin x}=\cot x;计算 a4=a3⋅ra_4=a_3\cdot r

The common ratio is r=cos⁡xsin⁡x=cot⁡x;r=\dfrac{\cos x}{\sin x}=\cot x; compute a4=a3⋅ra_4=a_3\cdot r

大提示:

证明 a4=1a_4=1 且 1+cos⁡x=r41+\cos x=r^4,再把 1+cos⁡x1+\cos x 写成 a4⋅r4a_4\cdot r^4

Show a4=1a_4=1 and 1+cos⁡x=r4,1+\cos x=r^4, then write 1+cos⁡x1+\cos x as a4⋅r4a_4\cdot r^4

解答:

公比为 r=a2a1=cot⁡xr=\dfrac{a_2}{a_1}=\cot x。因此 a4=a3⋅r=tan⁡xcot⁡x=1a_4=a_3\cdot r=\tan x\cot x=1。

由 a3=a1r2a_3=a_1r^2,得 tan⁡x=sin⁡xcot⁡2x=cos⁡2xsin⁡x\tan x=\sin x\cot^2 x=\dfrac{\cos^2 x}{\sin x},所以 sin⁡2x=cos⁡3x\sin^2 x=\cos^3 x,即 (cos⁡2x)(1+cos⁡x)=1(\cos^2 x)(1+\cos x)=1。

因此 1+cos⁡x=1cos⁡2x1+\cos x=\dfrac{1}{\cos^2 x}。又 r2=cos⁡2xsin⁡2x=cos⁡2xcos⁡3x=1cos⁡xr^2=\dfrac{\cos^2 x}{\sin^2 x}=\dfrac{\cos^2 x}{\cos^3 x}=\dfrac{1}{\cos x},所以 r4=1cos⁡2x=1+cos⁡xr^4=\dfrac{1}{\cos^2 x}=1+\cos x。

所以 1+cos⁡x=a4⋅r4=a81+\cos x=a_4\cdot r^4=a_8,因此 n=8n=8。

因此,正确答案是 E。

The common ratio is r=a2a1=cot⁡x.r=\dfrac{a_2}{a_1}=\cot x. Then a4=a3⋅r=tan⁡xcot⁡x=1.a_4=a_3\cdot r=\tan x\cot x=1.

From a3=a1r2,a_3=a_1r^2, we get tan⁡x=sin⁡xcot⁡2x=cos⁡2xsin⁡x,\tan x=\sin x\cot^2 x=\dfrac{\cos^2 x}{\sin x}, so sin⁡2x=cos⁡3x,\sin^2 x=\cos^3 x, i.e. (cos⁡2x)(1+cos⁡x)=1.(\cos^2 x)(1+\cos x)=1.

Hence 1+cos⁡x=1cos⁡2x.1+\cos x=\dfrac{1}{\cos^2 x}. Also r2=cos⁡2xsin⁡2x=cos⁡2xcos⁡3x=1cos⁡x,r^2=\dfrac{\cos^2 x}{\sin^2 x}=\dfrac{\cos^2 x}{\cos^3 x}=\dfrac{1}{\cos x}, so r4=1cos⁡2x=1+cos⁡x.r^4=\dfrac{1}{\cos^2 x}=1+\cos x.

Therefore 1+cos⁡x=a4⋅r4=a8,1+\cos x=a_4\cdot r^4=a_8, so n=8.n=8.

Thus, the correct answer is E.

第 19 题#19
完整试卷

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