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求证:(命题351351)

f(n)=∑m=0n−1sin⁡(θ+mα)=sin⁡nα2sin⁡α2sin⁡[θ+(n−1)α2]f(n)=\sum^{n-1}_{m=0}\sin(\theta+m\alpha)=\frac{\sin\frac{n\alpha}2}{\sin\frac\alpha2}\sin[\theta+\frac{(n-1)\alpha}2]

使用第一数学归纳法进行证明:

  • 当n=1n=1时,命题显然成立。

  • 设当n=kn=k时,命题成立,即:

    ​

    f(k)=∑m=0k−1sin⁡(θ+mα)=sin⁡kα2sin⁡α2sin⁡[θ+(n−1)α2]f(k)=\sum^{k-1}_{m=0}\sin(\theta+m\alpha)=\frac{\sin\frac{k\alpha}2}{\sin\frac\alpha2}\sin[\theta+\frac{(n-1)\alpha}2]

  • 当n=k+1n=k+1时,有:

    f(k+1)=f(k)+sin⁡(θ+kα)f(k+1)=f(k)+\sin(\theta+k\alpha)

    观察f(k+1)f(k+1),得到:

    =sin⁡kα2sin⁡α2sin⁡[θ+(k−1)α2]+sin⁡(θ+kα)=\frac{\sin\frac{k\alpha}2}{\sin\frac\alpha2}\sin[\theta+\frac{(k-1)\alpha}2]+\sin(\theta+k\alpha)

    =1sin⁡α2{sin⁡kα2sin⁡[θ+(k−1)α2]+sin⁡α2sin⁡(θ+kα)}=\frac1{\sin\frac\alpha2}\{\sin\frac{k\alpha}2\sin[\theta+\frac{(k-1)\alpha}2]+\sin\frac\alpha2\sin(\theta+k\alpha)\}

    =12sin⁡α2{[cos⁡(θ−α2)−cos⁡(θ+kα−α2)]+[cos⁡(θ+kα−α2)−cos⁡(θ+kα+α2)]}=\frac1{2\sin\frac\alpha2}\{[\cos(\theta-\frac\alpha2)-\cos(\theta+k\alpha-\frac\alpha2)]+[\cos(\theta+k\alpha-\frac\alpha2)-\cos(\theta+k\alpha+\frac\alpha2)]\}

    =12sin⁡α2[cos⁡(θ−α2)−cos⁡(θ+kα+α2)]=\frac1{2\sin\frac\alpha2}[\cos(\theta-\frac\alpha2)-\cos(\theta+k\alpha+\frac\alpha2)]

    =12sin⁡α2⋅2sin⁡(θ+kα2)sin⁡(k+1)α2=\frac1{2\sin\frac\alpha2}\cdot2\sin(\theta+\frac{k\alpha}2)\sin\frac{(k+1)\alpha}2

    =sin⁡(k+1)α2sin⁡α2sin⁡(θ+kα2)=\frac{\sin\frac{(k+1)\alpha}2}{\sin\frac\alpha2}\sin(\theta+\frac{k\alpha}2)

    同理也可以证明:

    g(n)=∑m=0n−1cos⁡(θ+mα)=sin⁡nα2sin⁡α2cos⁡[θ+(n−1)α2]g(n)=\sum^{n-1}_{m=0}\cos(\theta+m\alpha)=\frac{\sin\frac{n\alpha}2}{\sin\frac\alpha2}\cos[\theta+\frac{(n-1)\alpha}2]

    ​


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