本题中不得使用计算器。

  1. (a)

    证明 tan⁡15∘=2−3\tan 15^\circ = 2 - \sqrt{3}。

  2. (b)

    利用 (a) 部分的结果求 csc⁡215∘\csc 215^\circ 的表达式,其形式为 a+b3a + b\sqrt{3},其中 aa 和 bb 是整数。

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完整解法

7(a)

1. Express $15^\circ$ as the difference of two special angles and apply the compound angle formula for tangent.

tan⁡15∘=tan⁡(60∘−45∘)\tan 15^\circ = \tan(60^\circ - 45^\circ)
tan⁡(60∘−45∘)=tan⁡60∘−tan⁡45∘1+tan⁡60∘tan⁡45∘\tan(60^\circ - 45^\circ) = \frac{\tan 60^\circ - \tan 45^\circ}{1 + \tan 60^\circ \tan 45^\circ}

2. Substitute the exact values of the trigonometric ratios for the special angles.

tan⁡60∘=3\tan 60^\circ = \sqrt{3}
tan⁡45∘=1\tan 45^\circ = 1
tan⁡15∘=3−11+(3)(1)=3−13+1\tan 15^\circ = \frac{\sqrt{3} - 1}{1 + (\sqrt{3})(1)} = \frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3} + 1}

3. Rationalise the denominator by multiplying the numerator and denominator by the conjugate.

tan⁡15∘=(3−1)(3−1)(3+1)(3−1)\tan 15^\circ = \frac{(\sqrt{3} - 1)(\sqrt{3} - 1)}{(\sqrt{3} + 1)(\sqrt{3} - 1)}
=3−23+13−1= \frac{3 - 2\sqrt{3} + 1}{3 - 1}

4. Simplify the expression to obtain the final result.

=4−232= \frac{4 - 2\sqrt{3}}{2}
=2−3= 2 - \sqrt{3} (shown)

答案

tan⁡15∘=2−3\tan 15^\circ = 2 - \sqrt{3}

7(b)

1. Find $\cot 15^\circ$ using the result from part (a)

cot⁡15∘=1tan⁡15∘=12−3=2+3(2−3)(2+3)=2+34−3=2+3\cot 15^\circ = \frac{1}{\tan 15^\circ} = \frac{1}{2 - \sqrt{3}} = \frac{2 + \sqrt{3}}{(2 - \sqrt{3})(2 + \sqrt{3})} = \frac{2 + \sqrt{3}}{4 - 3} = 2 + \sqrt{3}

2. Apply the Pythagorean identity for cosec

Using cosec⁡2A=1+cot⁡2A\operatorname{cosec}^2 A = 1 + \cot^2 A:
cosec⁡215∘=1+cot⁡215∘=1+(2+3)2\operatorname{cosec}^2 15^\circ = 1 + \cot^2 15^\circ = 1 + (2 + \sqrt{3})^2

3. Expand and simplify to the required form

(2+3)2=4+43+3=7+43(2 + \sqrt{3})^2 = 4 + 4\sqrt{3} + 3 = 7 + 4\sqrt{3}
cosec⁡215∘=1+7+43=8+43\operatorname{cosec}^2 15^\circ = 1 + 7 + 4\sqrt{3} = 8 + 4\sqrt{3}
So a=8a = 8, b=4b = 4.

答案

cosec⁡215∘=8+43\operatorname{cosec}^2 15^\circ = 8 + 4\sqrt{3}

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