2024 AMC 12A 第 23 题

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23.

求下式的值:tan2π16tan23π16+tan2π16tan25π16+tan23π16tan27π16+tan25π16tan27π16 \begin{aligned} &\tan^2\frac{\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{3\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{5\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{3\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{7\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{5\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{7\pi}{16} \end{aligned}\text{?}

What is the value of tan2π16tan23π16+tan2π16tan25π16+tan23π16tan27π16+tan25π16tan27π16? \begin{aligned} &\tan^2\frac{\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{3\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{5\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{3\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{7\pi}{16} \\ &\quad {}+\tan^2\frac{5\pi}{16}\cdot\tan^2\frac{7\pi}{16}? \end{aligned}

2828

6868

7070

7272

8484

答案:B
知识点:三角恒等式因式分解
难度评级:2370
小提示:

a,b,c,d=tan2π16a,b,c,d=\tan^2\frac{\pi}{16}tan23π16\tan^2\frac{3\pi}{16}tan25π16\tan^2\frac{5\pi}{16}tan27π16\tan^2\frac{7\pi}{16};这个和可因式分解为 (a+d)(b+c)(a+d)(b+c)

Let a,b,c,d=tan2π16,a,b,c,d=\tan^2\frac{\pi}{16}, tan23π16,\tan^2\frac{3\pi}{16}, tan25π16,\tan^2\frac{5\pi}{16}, tan27π16;\tan^2\frac{7\pi}{16}; the sum factors as (a+d)(b+c)(a+d)(b+c)

大提示:

tan7π16=cotπ16\tan\frac{7\pi}{16}=\cot\frac{\pi}{16},且 tan2x+cot2x=4sin22x2\tan^2x+\cot^2x=\dfrac{4}{\sin^2 2x}-2

tan7π16=cotπ16,\tan\frac{7\pi}{16}=\cot\frac{\pi}{16}, and tan2x+cot2x=4sin22x2\tan^2x+\cot^2x=\dfrac{4}{\sin^2 2x}-2

解答:

a=tan2π16, a=\tan^2\tfrac{\pi}{16},\ b=tan23π16, b=\tan^2\tfrac{3\pi}{16},\ c=tan25π16, c=\tan^2\tfrac{5\pi}{16},\ d=tan27π16d=\tan^2\tfrac{7\pi}{16},原式为 ab+ac+bd+cdab+ac+bd+cd =(a+d)(b+c)=(a+d)(b+c)

因为 7π16=π2π16\tfrac{7\pi}{16}=\tfrac{\pi}{2}-\tfrac{\pi}{16},所以 d=cot2π16d=\cot^2\tfrac{\pi}{16},从而 a+d=tan2π16+cot2π16a+d=\tan^2\tfrac{\pi}{16}+\cot^2\tfrac{\pi}{16} =4sin2(π8)2=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{\pi}{8})}-2 =14+82=14+8\sqrt2。同理 b+c=4sin2(3π8)2b+c=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{3\pi}{8})}-2 =1482=14-8\sqrt2。两者乘积为 142(82)2=196128=6814^2-(8\sqrt2)^2=196-128=68

因此正确答案是 B

With a=tan2π16, a=\tan^2\tfrac{\pi}{16},\ b=tan23π16, b=\tan^2\tfrac{3\pi}{16},\ c=tan25π16, c=\tan^2\tfrac{5\pi}{16},\ d=tan27π16,d=\tan^2\tfrac{7\pi}{16}, the expression is ab+ac+bd+cdab+ac+bd+cd =(a+d)(b+c).=(a+d)(b+c).

Since 7π16=π2π16,\tfrac{7\pi}{16}=\tfrac{\pi}{2}-\tfrac{\pi}{16}, we have d=cot2π16,d=\cot^2\tfrac{\pi}{16}, so a+d=tan2π16+cot2π16a+d=\tan^2\tfrac{\pi}{16}+\cot^2\tfrac{\pi}{16} =4sin2(π8)2=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{\pi}{8})}-2 =14+82.=14+8\sqrt2. Likewise b+c=4sin2(3π8)2b+c=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{3\pi}{8})}-2 =1482.=14-8\sqrt2. Their product is 142(82)2=196128=68.14^2-(8\sqrt2)^2=196-128=68.

Thus, the correct answer is B.

第 22 题#22
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