Квант
Разное

[Омар Хайям о математике]

26

Рис. 2.

му материал, мы приведем их прямое доказательство по индукции.

При n=2n=2 формулы общеизвестны. Пусть a1,a2,a3,...,ana_1, a_2, a_3, ..., a_n an+1a_{n+1} есть nn-я строка треугольника Паскала. Предположим, что формулы cos⁡nx=a1cos⁡nx−a3cos⁡n−2xsin⁡2x+...,\cos nx = a_1\cos^n x - a_3\cos^{n-2}x\sin^2x + ..., sin⁡nx=a2cos⁡n−1xsin⁡x−a4cos⁡n−3xsin⁡3x+...\sin nx = a_2\cos^{n-1}x\sin x - a_4\cos^{n-3}x\sin^3x + ... уже доказаны. По формуле для косинуса суммы cos⁡(n+1)x=cos⁡(nx+x)=cos⁡nxcos⁡x−sin⁡nxsin⁡x=(a1cos⁡nx−a3cos⁡n−2xsin⁡2x+...)cos⁡x−(a2cos⁡n−1xsin⁡x−a4cos⁡n−3xsin⁡3x+...)sin⁡x.\cos(n+1)x = \cos(nx+x) = \cos nx\cos x - \sin nx\sin x = (a_1\cos^n x - a_3\cos^{n-2}x\sin^2x + ...)\cos x - (a_2\cos^{n-1}x\sin x - a_4\cos^{n-3}x\sin^3x + ...)\sin x. Раскрывая скобки и перегруппировывая слагаемые, получаем:

cos⁡(n+1)x=a1cos⁡n+1x−(a2+a3)cos⁡n−1xsin⁡2x+(a4+a5)cos⁡n−3xsin⁡4x−...\cos(n+1)x = a_1\cos^{n+1}x - (a_2+a_3)\cos^{n-1}x\sin^2x + (a_4+a_5)\cos^{n-3}x\sin^4x - ...

Аналогично, при помощи формулы sin⁡(n+1)x=sin⁡nxcos⁡x+cos⁡nxsin⁡x\sin(n+1)x = \sin nx\cos x + \cos nx\sin x получается sin⁡(n+1)x=(a1+a2)cos⁡nxsin⁡x−(a3+a4)cos⁡n−2xsin⁡2x+....\sin(n+1)x = (a_1+a_2)\cos^n x\sin x - (a_3+a_4)\cos^{n-2}x\sin^2x + .... Поскольку a1,a1+a2,a2+a3,a3+a4,...a_1, a_1+a_2, a_2+a_3, a_3+a_4, ... есть (n+1)(n+1)-я строка треугольника Паскала, мы доказали для cos⁡(n+1)x\cos(n+1)x и sin⁡(n+1)x\sin(n+1)x нужные формулы.

Заключение. Построение циркулем и линейкой правильного патиугольника (читать только любознатьным!). Пусть x=2π/5x=2\pi/5. Тогда 5x=2π5x=2\pi и sin⁡5x=0\sin 5x=0. По нашей формуле sin⁡5x=5cos⁡4xsin⁡x−10cos⁡2xsin⁡3x+sin⁡5x=sin⁡x(5cos⁡4x−10cos⁡2x)(1−cos⁡2x)+(1−cos⁡2x)2=sin⁡x(16cos⁡4x−12cos⁡2x+1).\sin 5x=5\cos^4 x\sin x-10\cos^2 x\sin^3 x+\sin^5 x=\sin x(5\cos^4 x-10\cos^2 x)(1-\cos^2 x)+(1-\cos^2 x)^2=\sin x(16\cos^4 x-12\cos^2 x+1).

Д. В. Фукс

Раздел философии, называемый математикой, является самым легким из всех разделов с точки зрения представления и доказательства… Этот раздел философии сообщает нам гибкость, укрепляет сообщение, приучает нас ненавидеть недосказанное, так как его исходные поло-жения общеизвестны, доказательства лезки, в нем воображение помогает разуму и мало противоречению.

Омар Хайм