2024 AMC 12B 第 11 题

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11.

令 xn=sin⁡2(n∘)x_n = \sin^2(n^\circ)。求 x1x_1,x2x_2,x3x_3,…\ldots,x90x_{90} 的平均数。
Let xn=sin⁡2(n∘).x_n = \sin^2(n^\circ). What is the mean of x1,x_1, x2,x_2, x3,x_3, …,\ldots, x90?x_{90}?
1145\dfrac{11}{45}
2245\dfrac{22}{45}
89180\dfrac{89}{180}
12\dfrac{1}{2}
91180\dfrac{91}{180}
答案:E
知识点:三角恒等式平均数对称性
小提示:
使用 sin⁡2θ=1−cos⁡2θ2\sin^2\theta = \dfrac{1 - \cos 2\theta}{2} 改写这个和。
Use sin⁡2θ=1−cos⁡2θ2\sin^2\theta = \dfrac{1 - \cos 2\theta}{2} to rewrite the sum
大提示:
余弦项 cos⁡2∘,cos⁡4∘,…,cos⁡180∘\cos 2^\circ, \cos 4^\circ, \ldots, \cos 180^\circ 由 cos⁡(180∘−θ)=−cos⁡θ\cos(180^\circ - \theta) = -\cos\theta 成对抵消,只剩 cos⁡180∘=−1\cos 180^\circ = -1。
The cosine terms cos⁡2∘,cos⁡4∘,…,cos⁡180∘\cos 2^\circ, \cos 4^\circ, \ldots, \cos 180^\circ cancel in pairs via cos⁡(180∘−θ)=−cos⁡θ,\cos(180^\circ - \theta) = -\cos\theta, leaving only cos⁡180∘=−1\cos 180^\circ = -1
解答:
由 sin⁡2θ=1−cos⁡2θ2\sin^2\theta = \dfrac{1 - \cos 2\theta}{2},可得 ∑n=190sin⁡2(n∘)=902−12∑n=190cos⁡(2n∘)。 \begin{aligned} \sum_{n=1}^{90} \sin^2(n^\circ) &= \frac{90}{2} \\ &\quad {}- \frac12 \sum_{n=1}^{90}\cos(2n^\circ)\text{。} \end{aligned} 在余弦和中,nn 与 90−n90 - n 的项满足 cos⁡(2n∘)+cos⁡(180∘−2n∘)=0\cos(2n^\circ) + \cos(180^\circ - 2n^\circ) = 0,且 cos⁡90∘=0\cos 90^\circ = 0,最后只剩 cos⁡180∘=−1\cos 180^\circ = -1。
所以总和为 45−12(−1)=45.545 - \tfrac12(-1) = 45.5,平均数为 45.590=91180\dfrac{45.5}{90} = \dfrac{91}{180}。
所以正确答案是 E。
Using sin⁡2θ=1−cos⁡2θ2,\sin^2\theta = \dfrac{1 - \cos 2\theta}{2}, ∑n=190sin⁡2(n∘)=902−12∑n=190cos⁡(2n∘). \begin{aligned} \sum_{n=1}^{90} \sin^2(n^\circ) &= \frac{90}{2} \\ &\quad {}- \frac12 \sum_{n=1}^{90}\cos(2n^\circ). \end{aligned} In the cosine sum, the terms for nn and 90−n90 - n satisfy cos⁡(2n∘)+cos⁡(180∘−2n∘)=0,\cos(2n^\circ) + \cos(180^\circ - 2n^\circ) = 0, and cos⁡90∘=0,\cos 90^\circ = 0, so everything cancels except cos⁡180∘=−1.\cos 180^\circ = -1.
Hence the sum is 45−12(−1)=45.5,45 - \tfrac12(-1) = 45.5, and the mean is 45.590=91180.\dfrac{45.5}{90} = \dfrac{91}{180}.
Thus, the correct answer is E.
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