Iv
MATU • Trigonometria
MATU_TRI_583
JEE Advanced
Enunciado
Si $\theta = \frac{\pi}{2^n - 1}$, demuestre que:
$$ 2^n \cos \theta \cdot \cos(2\theta) \cdot \cos(4\theta) \cdot \cos(8\theta) \dots \cos(2^{n-1}\theta) = -1 $$
$$ 2^n \cos \theta \cdot \cos(2\theta) \cdot \cos(4\theta) \cdot \cos(8\theta) \dots \cos(2^{n-1}\theta) = -1 $$
Solución Paso a Paso
1. Datos del problema:
Producto de cosenos con ángulos duplicados: $P = \prod_{k=0}^{n-1} \cos(2^k \theta)$.
2. Fórmulas y propiedades:
Identidad del producto de cosenos:
$$ \prod_{k=0}^{n-1} \cos(2^k \theta) = \frac{\sin(2^n \theta)}{2^n \sin \theta} $$
3. Desarrollo paso a paso:
Multiplicamos el producto por $2^n$ como indica el problema:
$$ E = 2^n \left( \frac{\sin(2^n \theta)}{2^n \sin \theta} \right) = \frac{\sin(2^n \theta)}{\sin \theta} $$
Usamos el dato $\theta = \frac{\pi}{2^n - 1} \implies (2^n - 1)\theta = \pi \implies 2^n \theta = \pi + \theta$.
Sustituimos en la expresión:
$$ E = \frac{\sin(\pi + \theta)}{\sin \theta} $$
Por reducción al primer cuadrante: $\sin(\pi + \theta) = -\sin \theta$.
$$ E = \frac{-\sin \theta}{\sin \theta} = -1 $$
4. Conclusión:
Se cumple la igualdad para el valor dado de $\theta$.
$$ \boxed{-1} $$
Producto de cosenos con ángulos duplicados: $P = \prod_{k=0}^{n-1} \cos(2^k \theta)$.
2. Fórmulas y propiedades:
Identidad del producto de cosenos:
$$ \prod_{k=0}^{n-1} \cos(2^k \theta) = \frac{\sin(2^n \theta)}{2^n \sin \theta} $$
3. Desarrollo paso a paso:
Multiplicamos el producto por $2^n$ como indica el problema:
$$ E = 2^n \left( \frac{\sin(2^n \theta)}{2^n \sin \theta} \right) = \frac{\sin(2^n \theta)}{\sin \theta} $$
Usamos el dato $\theta = \frac{\pi}{2^n - 1} \implies (2^n - 1)\theta = \pi \implies 2^n \theta = \pi + \theta$.
Sustituimos en la expresión:
$$ E = \frac{\sin(\pi + \theta)}{\sin \theta} $$
Por reducción al primer cuadrante: $\sin(\pi + \theta) = -\sin \theta$.
$$ E = \frac{-\sin \theta}{\sin \theta} = -1 $$
4. Conclusión:
Se cumple la igualdad para el valor dado de $\theta$.
$$ \boxed{-1} $$