Câu 6.65 trang 207 SBT Đại số 10 Nâng cao

Đề bài

a) Chứng minh \(\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9} =  - \dfrac{1}{8}\) bằng cách nhân cả hai vế với \(\sin \dfrac{{2\pi }}{9}.\)

b) Chứng minh rằng\(\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9} = 2\cos \dfrac{{5\pi }}{9}\cos \dfrac{\pi }{3} = \cos \dfrac{{5\pi }}{9},\) 

Từ đó suy ra \(\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9} = 0\) .

c) Từ b) suy ra rằng \({\cos ^2}\dfrac{{2\pi }}{9} + {\cos ^2}\dfrac{{4\pi }}{9} + {\cos ^2}\dfrac{{8\pi }}{9} = \dfrac{3}{2}\).

d) Từ b và c) suy ra rằng:

\(\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9}\cos \dfrac{{2\pi }}{9} =  - \dfrac{3}{4}\) .

e) Từ a), b) và d) suy ra rằng

\(\left( {X - \cos \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)\left( {X - \cos \dfrac{{4\pi }}{9}} \right)\left( {X - \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right) = {X^3} - \dfrac{3}{4}X + \dfrac{1}{8},\)

từ đó ta có \(\left( {1 - \cos \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)\left( {1 - \cos \dfrac{{4\pi }}{9}} \right)\left( {1 - \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right) = \dfrac{3}{8}.\)

Suy ra

• \(\sin \dfrac{\pi }{9}\sin \dfrac{{2\pi }}{9}\sin \dfrac{{4\pi }}{9} = \dfrac{{\sqrt 3 }}{8}.\)

• \(\sin \dfrac{{5\pi }}{9}\sin \dfrac{{7\pi }}{9}\sin \dfrac{{8\pi }}{9} = \dfrac{{\sqrt 3 }}{8}.\)

f) Từ e) suy ra rằng

\(\sin \dfrac{\pi }{9}\sin \dfrac{{2\pi }}{9}\sin \dfrac{{3\pi }}{9}\sin \dfrac{{4\pi }}{9}\sin \dfrac{{5\pi }}{9}\sin \dfrac{{6\pi }}{9}\sin \dfrac{{7\pi }}{9}\sin \dfrac{{8\pi }}{9} = \dfrac{9}{{256}}.\)

(Chú ý. Người ta chứng minh được rằng không thể dùng thước và compa để dựng đa giác đều chín cạnh nội tiếp trong một đường tròn cho trước.)

Lời giải chi tiết

a) Ta có:

\(\begin{array}{l}\sin \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9}\\ = \dfrac{1}{2}\sin \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9}\\ = \dfrac{1}{4}\sin \dfrac{{8\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9}\\ = \dfrac{1}{8}\sin \dfrac{{16\pi }}{9}\\ = \dfrac{1}{8}\sin \left( {2\pi  - \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)\\ =  - \dfrac{1}{8}\sin \dfrac{{2\pi }}{9}\end{array}\)

Từ đó: \(\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9} =  - \dfrac{1}{8}.\)

b) Ta có

\(\begin{array}{l}\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9} = 2\cos \dfrac{{5\pi }}{9}\cos \dfrac{\pi }{3}\\ = \cos \dfrac{{5\pi }}{9} = \cos \left( {\pi  - \dfrac{{4\pi }}{9}} \right)\\ =  - \cos \dfrac{{4\pi }}{9}\end{array}\)

từ đó \(\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9} = 0.\)

c) Do

 \(\begin{array}{l}\cos \dfrac{{2\pi }}{9} = 2{\cos ^2}\dfrac{\pi }{9} - 1 = 2{\cos ^2}\dfrac{{8\pi }}{9} - 1,\\cos\dfrac{{4\pi }}{9} = 2{\cos ^2}\dfrac{{2\pi }}{9} - 1\\\cos \dfrac{{8\pi }}{9} = 2{\cos ^2}\dfrac{{4\pi }}{9} - 1,\end{array}\)

nên từ b) suy ra

\({\cos ^2}\dfrac{{2\pi }}{9} + {\cos ^2}\dfrac{{4\pi }}{9} + {\cos ^2}\dfrac{{8\pi }}{9} = \dfrac{3}{2}.\)

d) Với mọi số A, B, C ta có:

\(AB + BC + CA = \dfrac{1}{2}\left[ {{{\left( {A + B + C} \right)}^2} - {A^2} - {B^2} - {C^2}} \right]\) nên

\(\begin{array}{l}\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9}\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\\ = \dfrac{1}{2}\left[ {{{\left( {\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right)}^2} - \left( {{{\cos }^2}\dfrac{{2\pi }}{9} + {{\cos }^2}\dfrac{{4\pi }}{9} + {{\cos }^2}\dfrac{{8\pi }}{9}} \right)} \right]\\ =  - \dfrac{1}{2}.\dfrac{3}{2} =  - \dfrac{3}{4}.\end{array}\)

e) Ta có

\(\begin{array}{l}\left( {X - \cos \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)\left( {X - \cos \dfrac{{4\pi }}{9}} \right)\left( {X - \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right)\\ = {X^3} - \left( {\cos \dfrac{{2\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right){X^2}\\ + \left( {\cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9} + \cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9} + \cos \dfrac{{8\pi }}{9}\cos \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)X\\ - \cos \dfrac{{2\pi }}{9}\cos \dfrac{{4\pi }}{9}\cos \dfrac{{8\pi }}{9}\\ = {X^3} - \dfrac{3}{4}X + \dfrac{1}{8}.\end{array}\)

Từ đó \(\left( {1 - \cos \dfrac{{2\pi }}{9}} \right)\left( {1 - \cos \dfrac{{4\pi }}{9}} \right)\left( {1 - \cos \dfrac{{8\pi }}{9}} \right) = \dfrac{3}{8}\), tức là

\(2{\sin ^2}\dfrac{\pi }{9}.2{\sin ^2}\dfrac{{2\pi }}{9}.2{\sin ^2}\dfrac{{4\pi }}{9} = \dfrac{3}{8}\),

suy ra

\(\sin \dfrac{\pi }{9}.\sin \dfrac{{2\pi }}{9}.\sin \dfrac{{4\pi }}{9} = \dfrac{{\sqrt 3 }}{8}\)

Đẳng thức này lại cho ta \(\sin \dfrac{{5\pi }}{9}\sin \dfrac{{7\pi }}{9}\sin \dfrac{{8\pi }}{9} = \dfrac{{\sqrt 3 }}{8}.\)

f) Từ e) ta suy ra:

\(\begin{array}{l}\sin \dfrac{\pi }{9}\sin \dfrac{{2\pi }}{9}\sin \dfrac{{3\pi }}{9}\sin \dfrac{{4\pi }}{9}\sin \dfrac{{5\pi }}{9}\sin \dfrac{{6\pi }}{9}\sin \dfrac{{7\pi }}{9}\sin \dfrac{{8\pi }}{9}\\ = \dfrac{{\sqrt 3 }}{8}.\dfrac{{\sqrt 3 }}{8}\sin \dfrac{\pi }{3}\sin \dfrac{{2\pi }}{3} = \dfrac{9}{{256}}.\end{array}\)

HocTot.Nam.Name.Vn