1977 AMC 12 第 16 题

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16.

若 i2=−1i^2=-1,则和 cos⁡45∘+icos⁡135∘+⋯+incos⁡(45+90n)∘+⋯+i40cos⁡3645∘ \begin{aligned} &\cos45^\circ+i\cos135^\circ+\cdots\\ &\quad+i^n\cos(45+90n)^\circ+\cdots\\ &\quad+i^{40}\cos3645^\circ \end{aligned} 等于
If i2=−1,i^2=-1, then the sum cos⁡45∘+icos⁡135∘+⋯+incos⁡(45+90n)∘+⋯+i40cos⁡3645∘ \begin{aligned} &\cos45^\circ+i\cos135^\circ+\cdots\\ &\quad+i^n\cos(45+90n)^\circ+\cdots\\ &\quad+i^{40}\cos3645^\circ \end{aligned} equals
22\frac{\sqrt2}{2}
−10i2-10i\sqrt2
2122\frac{21\sqrt2}{2}
22(21−20i)\frac{\sqrt2}{2}(21-20i)
22(21+20i)\frac{\sqrt2}{2}(21+20i)
答案:D
知识点:复数三角恒等式求和
小提示:
比较下标为 n+2n+2 的项与下标为 nn 的项
Compare the term indexed by n+2n+2 with the term indexed by nn
大提示:
分别数出从 00 到 4040 的偶数下标和奇数下标
Count the even and odd indices from 00 through 4040
解答:
令 un=incos⁡(45+90n)∘u_n=i^n\cos(45+90n)^\circ。则 un+2=in+2cos⁡(225+90n)∘=(−in)(−cos⁡(45+90n)∘)=un。 \begin{aligned} u_{n+2} &=i^{n+2}\cos(225+90n)^\circ\\ &=(-i^n)(-\cos(45+90n)^\circ)\\ &=u_n \end{aligned}\text{。}每个偶数下标的项都等于 22\frac{\sqrt2}{2},每个奇数下标的项都等于 −i22-\frac{i\sqrt2}{2}。共有 2121 个偶数下标和 2020 个奇数下标,所以总和为 22(21−20i)\frac{\sqrt2}{2}(21-20i)。
因此,正确答案是 D。
Let un=incos⁡(45+90n)∘.u_n=i^n\cos(45+90n)^\circ. Then un+2=in+2cos⁡(225+90n)∘=(−in)(−cos⁡(45+90n)∘)=un. \begin{aligned} u_{n+2} &=i^{n+2}\cos(225+90n)^\circ\\ &=(-i^n)(-\cos(45+90n)^\circ)\\ &=u_n. \end{aligned} Every even-indexed term equals 22,\frac{\sqrt2}{2}, and every odd-indexed term equals −i22.-\frac{i\sqrt2}{2}. There are 2121 even indices and 2020 odd indices, so the sum is 22(21−20i).\frac{\sqrt2}{2}(21-20i).
Therefore, the correct answer is D.
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