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  1. (a)

    将 sin⁡22.5∘\sin 22.5^\circ 表示为 a−aa\frac{\sqrt{a-\sqrt{a}}}{a} 的形式,其中 aa 是整数。

  2. (b)

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

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完整解法

5(a)

1. Apply the double angle formula for cosine to relate $22.5^\circ$ to $45^\circ$

cos⁡45∘=1−2sin⁡222.5∘\cos 45^\circ = 1 - 2\sin^2 22.5^\circ

2. Substitute the exact value of $\cos 45^\circ$ and rearrange to make $\sin^2 22.5^\circ$ the subject

22=1−2sin⁡222.5∘\frac{\sqrt{2}}{2} = 1 - 2\sin^2 22.5^\circ
2sin⁡222.5∘=1−222\sin^2 22.5^\circ = 1 - \frac{\sqrt{2}}{2}
2sin⁡222.5∘=2−222\sin^2 22.5^\circ = \frac{2 - \sqrt{2}}{2}
sin⁡222.5∘=2−24\sin^2 22.5^\circ = \frac{2 - \sqrt{2}}{4}

3. Take the square root to find $\sin 22.5^\circ$, noting that it is positive in the first quadrant

sin⁡22.5∘=2−24\sin 22.5^\circ = \sqrt{\frac{2 - \sqrt{2}}{4}}
sin⁡22.5∘=2−22\sin 22.5^\circ = \frac{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2}

答案

2−22\frac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}

5(b)

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

tan⁡15∘=tan⁡(45∘−30∘)\tan 15^\circ = \tan(45^\circ - 30^\circ)
tan⁡(45∘−30∘)=tan⁡45∘−tan⁡30∘1+tan⁡45∘tan⁡30∘\tan(45^\circ - 30^\circ) = \frac{\tan 45^\circ - \tan 30^\circ}{1 + \tan 45^\circ \tan 30^\circ}

2. Substitute the exact values of the trigonometric functions.

tan⁡45∘=1\tan 45^\circ = 1
tan⁡30∘=13\tan 30^\circ = \frac{1}{\sqrt{3}}
tan⁡15∘=1−131+(1)(13)=3−133+13=3−13+1\tan 15^\circ = \frac{1 - \frac{1}{\sqrt{3}}}{1 + (1)\left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)} = \frac{\frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3}}}{\frac{\sqrt{3} + 1}{\sqrt{3}}} = \frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3} + 1}

3. Rationalise the denominator.

3−13+1=(3−1)(3−1)(3+1)(3−1)\frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3} + 1} = \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 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} (Shown)

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