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三角函数角 -- Pi/9


角为 npi/9 弧度的三角函数,其中 n 是一个不能被 3 整除的整数(例如,40 degrees80 degrees),不能用有理数的加、减、乘、除和有限次开方运算来表示,因为 9 不是不同的费马素数的乘积。 这也意味着正九边形不是可作图多边形

然而,仍然可以使用三角恒等式推导出涉及复数根的精确表达式

 sin(3alpha)=3sinalpha-4sin^3alpha.
(1)

alpha=pi/9x=sinalpha。那么上面的恒等式给出了三次方程

 4x^3-3x+1/2sqrt(3)=0
(2)
 x^3-3/4x=-1/8sqrt(3).
(3)

这个三次方程的形式为

 x^3+px=q,
(4)

其中

p=-3/4
(5)
q=-1/8sqrt(3).
(6)

那么,多项式判别式

 D=(p/3)^3+(q/2)^2=-1/(256)<0.
(7)

因此有三个不同的根,近似值分别为 -0.9848、0.3420 和 0.6428。 我们想要第一象限的那个,近似值为 0.3420。

sin(pi/9)=RadicalBox[{-, {{(, {sqrt(, 3, )}, )}, /, {(, 16, )}}, +, {sqrt(, {-, {1, /, {(, 256, )}}}, )}}, 3]+RadicalBox[{-, {{(, {sqrt(, 3, )}, )}, /, {(, 16, )}}, -, {sqrt(, {-, {1, /, {(, 256, )}}}, )}}, 3]
(8)
=RadicalBox[{-, {{(, {sqrt(, 3, )}, )}, /, {(, 16, )}}, +, {1, /, {(, 16, )}}, i}, 3]-RadicalBox[{{{(, {sqrt(, 3, )}, )}, /, {(, 16, )}}, +, {1, /, {(, 16, )}}, i}, 3]
(9)
=2^(-4/3)(RadicalBox[{i, -, {sqrt(, 3, )}}, 3]-RadicalBox[{i, +, {sqrt(, 3, )}}, 3])
(10)
 approx 0.34202.
(11)

类似地,

cos(pi/9)=2^(-4/3)(RadicalBox[{1, +, i, {sqrt(, 3, )}}, 3]+RadicalBox[{1, -, i, {sqrt(, 3, )}}, 3])
(12)
 approx 0.93969.
(13)

因为韦达定理,我们有以下恒等式

 sin(pi/9)sin((2pi)/9)sin((4pi)/9)=1/8sqrt(3)
(14)
 cos(pi/9)cos((2pi)/9)cos((4pi)/9)=1/8
(15)
 tan(pi/9)tan((2pi)/9)tan((4pi)/9)=sqrt(3).
(16)

(15) 被称为莫里定律

拉马努金发现了有趣的恒等式

 cos^(1/3)((2pi)/9)+cos^(1/3)((4pi)/9)-cos^(1/3)(pi/9) 
 =[3/2(3^(2/3)-2)]^(1/3)
(17)

(Borwein and Bailey 2003, p. 77; Trott 2004, p. 64)。


另请参阅

莫里定律, 正九边形, 九角星, 三角函数角, 三角学

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参考文献

Borwein, J. and Bailey, D. Mathematics by Experiment: Plausible Reasoning in the 21st Century. Wellesley, MA: A K Peters, 2003.Trott, M. The Mathematica GuideBook for Programming. New York: Springer-Verlag, 2004. http://www.mathematicaguidebooks.org/.

引用为

Weisstein, Eric W. “三角函数角 -- Pi/9。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/TrigonometryAnglesPi9.html

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