在不使用计算器的情况下,证明 cot⁡15∘=2+3\cot 15^\circ = 2 + \sqrt{3}。 由此证明 csc⁡215∘=4cot⁡15∘\csc^2 15^\circ = 4 \cot 15^\circ。

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完整解法

3(i)

1. Express $\cot 15^\circ$ using the reciprocal of $\tan 15^\circ$ and apply the compound angle formula

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

2. Substitute exact values for special angles

tan⁡45∘=1,tan⁡30∘=13\tan 45^\circ = 1, \quad \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. Find $\cot 15^\circ$ and rationalise the denominator

cot⁡15∘=3+13−1\cot 15^\circ = \frac{\sqrt{3} + 1}{\sqrt{3} - 1}
=(3+1)(3+1)(3−1)(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 reach the final shown result

=4+232= \frac{4 + 2\sqrt{3}}{2}
=2+3= 2 + \sqrt{3}

答案

cot⁡15∘=2+3\cot 15^\circ = 2 + \sqrt{3} (shown)

3(ii)

1. Express $\csc^2 15^\circ$ in terms of $\cot 15^\circ$ using a trigonometric identity.

csc⁡215∘=1+cot⁡215∘\csc^2 15^\circ = 1 + \cot^2 15^\circ

2. Substitute the value of $\cot 15^\circ$ from part (i) and expand the square.

csc⁡215∘=1+(2+3)2\csc^2 15^\circ = 1 + (2 + \sqrt{3})^2
=1+(4+43+3)= 1 + (4 + 4\sqrt{3} + 3)
=8+43= 8 + 4\sqrt{3}

3. Factorise the expression to show it equals $4 \cot 15^\circ$.

=4(2+3)= 4(2 + \sqrt{3})
=4cot⁡15∘= 4 \cot 15^\circ
(Shown)

答案

Shown

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