23

Вычисления с помощью комплексных чисел

[7/86%]
Показать
LaTeX
Задача 23.1

Вычислить суммы:

?
(а)

1−(n2)+(n4)−(n6)+…1-\binom {n}{2}+\binom {n}{4}-\binom {n}{6}+\ldots;

(б)

(n1)−(n3)+(n5)−(n7)+…\binom {n}{1}-\binom {n}{3}+\binom {n}{5}-\binom {n}{7}+\ldots;

(в)

1+(n4)+(n8)+…;1+\binom {n}{4}+\binom {n}{8}+\ldots ;

(г)

(n1)+(n5)+(n9)+…\binom {n}{1}+\binom {n}{5}+\binom {n}{9}+\ldots

(д)
Задача 23.2

Доказать равенства:

?
(а)

cos⁡x+cos⁡2x+…+cos⁡nx=sin⁡nx2cos⁡(n+1)x2sin⁡x2(x≠2kπ,k∈Z)\cos x+\cos 2 x+\ldots +\cos n x=\frac{\sin \frac{n x}{2} \cos \frac{(n+1) x}{2}}{\sin \frac{x}{2}} \quad (x \neq 2 k \pi , k \in \mathbb {Z});

(б)

sin⁡x+sin⁡2x+…+sin⁡nx=sin⁡nx2sin⁡(n+1)x2sin⁡x2(x≠2kπ,k∈Z)\sin x+\sin 2 x+\ldots +\sin n x=\frac{\sin \frac{n x}{2} \sin \frac{(n+1) x}{2}}{\sin \frac{x}{2}} \quad (x \neq 2 k \pi , k \in \mathbb {Z});

(в)

cos⁡πn+cos⁡3πn+cos⁡5πn+…+cos⁡(2n−1)πn=0;\cos \frac{\pi }{n}+\cos \frac{3 \pi }{n}+\cos \frac{5 \pi }{n}+\ldots +\cos \frac{(2 n-1) \pi }{n}=0 ;

(г)

sin⁡πn+sin⁡3πn+sin⁡5πn+…+sin⁡(2n−1)πn=0\sin \frac{\pi }{n}+\sin \frac{3 \pi }{n}+\sin \frac{5 \pi }{n}+\ldots +\sin \frac{(2 n-1) \pi }{n}=0;

(д)

1n∑k=0n−1(x+εky)n=xn+yn(ε0,ε1,…,εn−1\frac{1}{n} \sum_{k=0}^{n-1}\left(x+\varepsilon_{k} y\right)^{n}=x^{n}+y^{n} \quad \left(\varepsilon_{0}, \varepsilon_{1}, \ldots , \varepsilon_{n-1}\right. — корни степени nn из единицы);

(е)

x2n+1−1=(x−1)∏k=1n(x2−2xcos⁡πk2n+1+1);x^{2 n+1}-1=(x-1) \prod_{k=1}^{n}\left(x^{2}-2 x \cos \frac{\pi k}{2 n+1}+1\right) ;

(ж)

x2n−1=(x2−1)∏k=1n−1(x2−2xcos⁡πkn+1)x^{2 n}-1=\left(x^{2}-1\right) \prod_{k=1}^{n-1}\left(x^{2}-2 x \cos \frac{\pi k}{n}+1\right);

(з)

∏k=1n−1sin⁡πk2n=n2n−1\prod_{k=1}^{n-1} \sin \frac{\pi k}{2 n}=\frac{\sqrt{n}}{2^{n-1}};

(и)

∏k=1nsin⁡πk2n+1=2n+12n\prod_{k=1}^{n} \sin \frac{\pi k}{2 n+1}=\frac{\sqrt{2 n+1}}{2^{n}}.

Задача 23.3

Решить уравнение cos⁡φ+(n1)cos⁡(φ+α)x+(n2)cos⁡(φ+2α)x2+…+(nn)cos⁡(φ+nα)xn=0\cos \varphi +\binom {n}{1} \cos (\varphi +\alpha ) x+\binom {n}{2} \cos (\varphi +2 \alpha ) x^{2}+\ldots +\binom {n}{n} \cos (\varphi +n \alpha ) x^{n}=0.

?
Задача 23.4

Доказать, что:

?
(а)

1+(n3)+(n6)+…=13(2n+2cos⁡πn3)1+\binom {n}{3}+\binom {n}{6}+\ldots =\frac{1}{3}\left(2^{n}+2 \cos \frac{\pi n}{3}\right);

(б)

(n1)+(n4)+(n7)+…=13(2n+2cos⁡(n−2)π4)\binom {n}{1}+\binom {n}{4}+\binom {n}{7}+\ldots =\frac{1}{3}\left(2^{n}+2 \cos \frac{(n-2) \pi }{4}\right);

(в)

(n2)+(n5)+(n8)+…=13(2n+2cos⁡(n−4)π3)\binom {n}{2}+\binom {n}{5}+\binom {n}{8}+\ldots =\frac{1}{3}\left(2^{n}+2 \cos \frac{(n-4) \pi }{3}\right);

(г)

2cos⁡mx=(2cos⁡x)m−m1(2cos⁡x)m−2+m(m−3)1⋅2(2cos⁡x)m−4+…2 \cos m x=(2 \cos x)^{m}-\frac{m}{1}(2 \cos x)^{m-2}+\frac{m(m-3)}{1 \cdot 2}(2 \cos x)^{m-4}+\ldots

…+(−1)km(m−k−1)…(m−2k+1)k!(2cos⁡x)m−2k+… \ldots +(-1)^{k} \frac{m(m-k-1) \ldots (m-2 k+1)}{k!}(2 \cos x)^{m-2 k}+\ldots
Задача 23.5

Найти суммы:

?
(а)

cos⁡x+(n1)cos⁡2x+…+(nn)cos⁡(n+1)x\cos x+\binom {n}{1} \cos 2 x+\ldots +\binom {n}{n} \cos (n+1) x;

(б)

sin⁡x+(n1)sin⁡2x+…+(nn)sin⁡(n+1)x\sin x+\binom {n}{1} \sin 2 x+\ldots +\binom {n}{n} \sin (n+1) x;

(в)

sin⁡2x+sin⁡23x+…+sin⁡2(2n−1)x\sin^{2} x+\sin^{2} 3 x+\ldots +\sin^{2}(2 n-1) x;

(г)

cos⁡x+2cos⁡2x+3cos⁡3x+…+ncos⁡nx\cos x+2 \cos 2 x+3 \cos 3 x+\ldots +n \cos n x;

(д)

sin⁡x+2sin⁡2x+3sin⁡3x+…+nsin⁡nx\sin x+2 \sin 2 x+3 \sin 3 x+\ldots +n \sin n x.

Задача 23.6

Доказать, что:

?
(а)

cos⁡2x+cos⁡22x+…+cos⁡2nx=n2+cos⁡(n+1)xsin⁡nx2sin⁡x\cos^{2} x+\cos^{2} 2 x+\ldots +\cos^{2} n x=\frac{n}{2}+\frac{\cos (n+1) x \sin n x}{2 \sin x};

(б)

sin⁡2x+sin⁡22x+…+sin⁡2nx=n2−cos⁡(n+1)xsin⁡nx2sin⁡x\sin^{2} x+\sin^{2} 2 x+\ldots +\sin^{2} n x=\frac{n}{2}-\frac{\cos (n+1) x \sin n x}{2 \sin x}.

Задача 23.7

Доказать, что для нечётного натурального числа mm

sin⁡mxsin⁡x=(−4)(m−1)/2∏1⩽j⩽(m−1)/2(sin⁡2x−sin⁡22πjm) \frac{\sin m x}{\sin x}=(-4)^{(m-1) / 2} \prod _{1 \leqslant j \leqslant (m-1) / 2}\left(\sin ^{2} x-\sin ^{2} \frac{2 \pi j}{m}\right)
?