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  1. (a)

    证明 sin⁡15∘=6−24\sin 15^\circ = \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}。

  2. (b)

    由此求出 sin⁡215∘\sin^2 15^\circ,将答案写成 a−3b\frac{a - \sqrt{3}}{b} 的形式,其中 aa 和 bb 是正整数。

  3. (c)

    利用 (b) 的结果,证明 cos⁡215∘=2+34\cos^2 15^\circ = \frac{2 + \sqrt{3}}{4}。

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完整解法

2(a)

1. Express $15^\circ$ as the difference of two special angles

sin⁡15∘=sin⁡(45∘−30∘)\sin 15^\circ = \sin(45^\circ - 30^\circ)

2. Apply the compound angle formula for sine

sin⁡(45∘−30∘)=sin⁡45∘cos⁡30∘−cos⁡45∘sin⁡30∘\sin(45^\circ - 30^\circ) = \sin 45^\circ \cos 30^\circ - \cos 45^\circ \sin 30^\circ

3. Substitute the exact values of the trigonometric functions for the special angles

=(22)(32)−(22)(12)= \left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right) - \left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)\left(\frac{1}{2}\right)

4. Simplify the expression to obtain the required form

=64−24=6−24= \frac{\sqrt{6}}{4} - \frac{\sqrt{2}}{4} = \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4}

答案

sin⁡15∘=6−24\sin 15^\circ = \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4} (shown)

2(b)

1. Substitute the value of $\sin 15^\circ$ from part (a) and square the expression

sin⁡215∘=(6−24)2\sin^2 15^\circ = \left( \frac{\sqrt{6} - \sqrt{2}}{4} \right)^2

2. Expand the numerator and simplify the surds

=(6)2−2(6)(2)+(2)216= \frac{(\sqrt{6})^2 - 2(\sqrt{6})(\sqrt{2}) + (\sqrt{2})^2}{16}
=6−212+216= \frac{6 - 2\sqrt{12} + 2}{16}
=8−2(23)16= \frac{8 - 2(2\sqrt{3})}{16}
=8−4316= \frac{8 - 4\sqrt{3}}{16}

3. Reduce the fraction to the required form

=4(2−3)16= \frac{4(2 - \sqrt{3})}{16}
=2−34= \frac{2 - \sqrt{3}}{4}

答案

2−34\frac{2 - \sqrt{3}}{4}

2(c)

1. State the Pythagorean identity relating sine and cosine

cos⁡215∘=1−sin⁡215∘\cos^2 15^\circ = 1 - \sin^2 15^\circ

2. Substitute the value of $\sin^2 15^\circ$ from part (b) and simplify

From part (b), sin⁡215∘=2−34\sin^2 15^\circ = \frac{2 - \sqrt{3}}{4}.
cos⁡215∘=1−(2−34)\cos^2 15^\circ = 1 - \left(\frac{2 - \sqrt{3}}{4}\right)
cos⁡215∘=4−(2−3)4\cos^2 15^\circ = \frac{4 - (2 - \sqrt{3})}{4}
cos⁡215∘=2+34\cos^2 15^\circ = \frac{2 + \sqrt{3}}{4}

答案

cos⁡215∘=2+34\cos^2 15^\circ = \frac{2 + \sqrt{3}}{4} (shown)

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