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Show that sin 3A - sin A / cos 3A + cos A = tan 2A. (ii) Given that f(θ) = sin θ - √3cos θ, express f(θ) in the form R sin(θ - λ), where R is a positive constant and λ is an acute angle. Hence, find the general solution of the equation sin θ - √3cos θ = √2.

Mathematics

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3. (i) Pour démontrer l'égalité, nous allons utiliser les formules de somme-produit. Il semble y avoir une coquille dans la question, car avec le signe moins au numérateur, l'expression se simplifie en tan⁡A\tan A. Pour obtenir tan⁡2A\tan 2A, le numérateur devrait être sin⁡3A+sin⁡A\sin 3A + \sin A. Nous allons procéder avec cette hypothèse.

  1. Appliquer les formules de somme-produit.

    Nous utilisons les identités trigonométriques suivantes :
    sin⁡P+sin⁡Q=2sin⁡(P+Q2)cos⁡(P−Q2)\sin P + \sin Q = 2 \sin\left(\frac{P+Q}{2}\right) \cos\left(\frac{P-Q}{2}\right)
    cos⁡P+cos⁡Q=2cos⁡(P+Q2)cos⁡(P−Q2)\cos P + \cos Q = 2 \cos\left(\frac{P+Q}{2}\right) \cos\left(\frac{P-Q}{2}\right)

  2. Substituer P=3AP=3A et Q=AQ=A dans les formules.

    Pour le numérateur (en supposant la coquille corrigée) :

    sin⁡3A+sin⁡A=2sin⁡(3A+A2)cos⁡(3A−A2)=2sin⁡(2A)cos⁡(A)\sin 3A + \sin A = 2 \sin\left(\frac{3A+A}{2}\right) \cos\left(\frac{3A-A}{2}\right) = 2 \sin(2A) \cos(A)

    Pour le dénominateur :

    cos⁡3A+cos⁡A=2cos⁡(3A+A2)cos⁡(3A−A2)=2cos⁡(2A)cos⁡(A)\cos 3A + \cos A = 2 \cos\left(\frac{3A+A}{2}\right) \cos\left(\frac{3A-A}{2}\right) = 2 \cos(2A) \cos(A)
  3. Simplifier l'expression.

    sin⁡3A+sin⁡Acos⁡3A+cos⁡A=2sin⁡(2A)cos⁡(A)2cos⁡(2A)cos⁡(A)\frac{\sin 3A + \sin A}{\cos 3A + \cos A} = \frac{2 \sin(2A) \cos(A)}{2 \cos(2A) \cos(A)}

    En simplifiant par 2cos⁡(A)2 \cos(A) (en supposant cos⁡(A)≠0\cos(A) \ne 0) :

    =sin⁡(2A)cos⁡(2A)= \frac{\sin(2A)}{\cos(2A)} =tan⁡(2A)= \tan(2A)

    Ainsi, sous l'hypothèse que le numérateur est sin⁡3A+sin⁡A\sin 3A + \sin A, l'égalité est démontrée.

    3. (ii) Pour exprimer f(θ)=sin⁡θ−3cos⁡θf(\theta) = \sin \theta - \sqrt{3}\cos \theta sous la forme Rsin⁡(θ−λ)R \sin(\theta - \lambda) et trouver la solution générale de l'équation.

  4. Exprimer f(θ)f(\theta) sous la forme Rsin⁡(θ−λ)R \sin(\theta - \lambda).

    Nous savons que Rsin⁡(θ−λ)=R(sin⁡θcos⁡λ−cos⁡θsin⁡λ)=(Rcos⁡λ)sin⁡θ−(Rsin⁡λ)cos⁡θR \sin(\theta - \lambda) = R(\sin \theta \cos \lambda - \cos \theta \sin \lambda) = (R \cos \lambda) \sin \theta - (R \sin \lambda) \cos \theta.
    En comparant avec f(θ)=sin⁡θ−3cos⁡θf(\theta) = \sin \theta - \sqrt{3}\cos \theta, nous avons :

    Rcos⁡λ=1(1)R \cos \lambda = 1 \quad (1) Rsin⁡λ=3(2)R \sin \lambda = \sqrt{3} \quad (2)

    Pour trouver RR, nous élevons au carré et additionnons les équations (1) et (2) :

    (Rcos⁡λ)2+(Rsin⁡λ)2=12+(3)2(R \cos \lambda)^2 + (R \sin \lambda)^2 = 1^2 + (\sqrt{3})^2 R2(cos⁡2λ+sin⁡2λ)=1+3R^2 (\cos^2 \lambda + \sin^2 \lambda) = 1 + 3 R2(1)=4R^2 (1) = 4 R=4=2(puisque R est une constante positive)R = \sqrt{4} = 2 \quad (\text{puisque } R \text{ est une constante positive})

    Pour trouver λ\lambda, nous divisons l'équation (2) par l'équation (1) :

    Rsin⁡λRcos⁡λ=31\frac{R \sin \lambda}{R \cos \lambda} = \frac{\sqrt{3}}{1} tan⁡λ=3\tan \lambda = \sqrt{3}

    Puisque Rcos⁡λ=1>0R \cos \lambda = 1 > 0 et Rsin⁡λ=3>0R \sin \lambda = \sqrt{3} > 0, λ\lambda est dans le premier quadrant.

    λ=arctan⁡(3)=π3\lambda = \arctan(\sqrt{3}) = \frac{\pi}{3}

    Donc, f(θ)=2sin⁡(θ−π3)f(\theta) = 2 \sin\left(\theta - \frac{\pi}{3}\right).

  5. Trouver la solution générale de l'équation sin⁡θ−3cos⁡θ=2\sin \theta - \sqrt{3}\cos \theta = \sqrt{2}.

    En utilisant la forme transformée de f(θ)f(\theta) :

    2sin⁡(θ−π3)=22 \sin\left(\theta - \frac{\pi}{3}\right) = \sqrt{2} sin⁡(θ−π3)=22\sin\left(\theta - \frac{\pi}{3}\right) = \frac{\sqrt{2}}{2}

    Soit ϕ=θ−π3\phi = \theta - \frac{\pi}{3}. Nous avons sin⁡ϕ=22\sin \phi = \frac{\sqrt{2}}{2}.
    La valeur principale de ϕ\phi est π4\frac{\pi}{4}.
    Les solutions générales pour sin⁡ϕ=sin⁡α\sin \phi = \sin \alpha sont ϕ=α+2nπ\phi = \alpha + 2n\pi ou ϕ=π−α+2nπ\phi = \pi - \alpha + 2n\pi, où n∈Zn \in \mathbb{Z}.

    Cas 1:

    θ−π3=π4+2nπ\theta - \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{4} + 2n\pi θ=π4+π3+2nπ\theta = \frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{3} + 2n\pi θ=3π+4π12+2nπ\theta = \frac{3\pi + 4\pi}{12} + 2n\pi θ=7π12+2nπ\theta = \frac{7\pi}{12} + 2n\pi

    Cas 2:

    θ−π3=π−π4+2nπ\theta - \frac{\pi}{3} = \pi - \frac{\pi}{4} + 2n\pi θ−π3=3π4+2nπ\theta - \frac{\pi}{3} = \frac{3\pi}{4} + 2n\pi θ=3π4+π3+2nπ\theta = \frac{3\pi}{4} + \frac{\pi}{3} + 2n\pi θ=9π+4π12+2nπ\theta = \frac{9\pi + 4\pi}{12} + 2n\pi θ=13π12+2nπ\theta = \frac{13\pi}{12} + 2n\pi

    La forme de f(θ)f(\theta) est 2sin⁡(θ−π3)\boxed{2 \sin\left(\theta - \frac{\pi}{3}\right)}.
    La solution générale de l'équation est θ=7π12+2nπ ou θ=13π12+2nπ, ouˋ n∈Z\boxed{\theta = \frac{7\pi}{12} + 2n\pi \text{ ou } \theta = \frac{13\pi}{12} + 2n\pi, \text{ où } n \in \mathbb{Z}}.

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