2024 AMC 12A 第 23 题

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23.

求下式的值:tan⁡2π16⋅tan⁡23π16+tan⁡2π16⋅tan⁡25π16+tan⁡23π16⋅tan⁡27π16+tan⁡25π16⋅tan⁡27π16? \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 tan⁡2π16⋅tan⁡23π16+tan⁡2π16⋅tan⁡25π16+tan⁡23π16⋅tan⁡27π16+tan⁡25π16⋅tan⁡27π16? \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:

令 a,b,c,d=tan⁡2π16a,b,c,d=\tan^2\frac{\pi}{16},tan⁡23π16\tan^2\frac{3\pi}{16},tan⁡25π16\tan^2\frac{5\pi}{16},tan⁡27π16\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=tan⁡2π16,a,b,c,d=\tan^2\frac{\pi}{16}, tan⁡23π16,\tan^2\frac{3\pi}{16}, tan⁡25π16,\tan^2\frac{5\pi}{16}, tan⁡27π16;\tan^2\frac{7\pi}{16}; the sum factors as (a+d)(b+c)(a+d)(b+c)

大提示:

tan⁡7π16=cot⁡π16\tan\frac{7\pi}{16}=\cot\frac{\pi}{16},且 tan⁡2x+cot⁡2x=4sin⁡22x−2\tan^2x+\cot^2x=\dfrac{4}{\sin^2 2x}-2。

tan⁡7π16=cot⁡π16,\tan\frac{7\pi}{16}=\cot\frac{\pi}{16}, and tan⁡2x+cot⁡2x=4sin⁡22x−2\tan^2x+\cot^2x=\dfrac{4}{\sin^2 2x}-2

解答:

令 a=tan⁡2π16, a=\tan^2\tfrac{\pi}{16},\ b=tan⁡23π16, b=\tan^2\tfrac{3\pi}{16},\ c=tan⁡25π16, c=\tan^2\tfrac{5\pi}{16},\ d=tan⁡27π16d=\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=π2−π16\tfrac{7\pi}{16}=\tfrac{\pi}{2}-\tfrac{\pi}{16},所以 d=cot⁡2π16d=\cot^2\tfrac{\pi}{16},从而 a+d=tan⁡2π16+cot⁡2π16a+d=\tan^2\tfrac{\pi}{16}+\cot^2\tfrac{\pi}{16} =4sin⁡2(π8)−2=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{\pi}{8})}-2 =14+82=14+8\sqrt2。同理 b+c=4sin⁡2(3π8)−2b+c=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{3\pi}{8})}-2 =14−82=14-8\sqrt2。两者乘积为 142−(82)2=196−128=6814^2-(8\sqrt2)^2=196-128=68。

因此正确答案是 B。

With a=tan⁡2π16, a=\tan^2\tfrac{\pi}{16},\ b=tan⁡23π16, b=\tan^2\tfrac{3\pi}{16},\ c=tan⁡25π16, c=\tan^2\tfrac{5\pi}{16},\ d=tan⁡27π16,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=π2−π16,\tfrac{7\pi}{16}=\tfrac{\pi}{2}-\tfrac{\pi}{16}, we have d=cot⁡2π16,d=\cot^2\tfrac{\pi}{16}, so a+d=tan⁡2π16+cot⁡2π16a+d=\tan^2\tfrac{\pi}{16}+\cot^2\tfrac{\pi}{16} =4sin⁡2(π8)−2=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{\pi}{8})}-2 =14+82.=14+8\sqrt2. Likewise b+c=4sin⁡2(3π8)−2b+c=\tfrac{4}{\sin^2(\frac{3\pi}{8})}-2 =14−82.=14-8\sqrt2. Their product is 142−(82)2=196−128=68.14^2-(8\sqrt2)^2=196-128=68.

Thus, the correct answer is B.

第 22 题#22
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