$\cos^5\dfrac{\pi}9+\cos^5\dfrac{5\pi}9+\cos^5\dfrac{7\pi}9$ 的值为 \((\qquad)\)
A: $\dfrac{15}{32}$
B: $\dfrac{15}{16}$
C: $\dfrac 8{15}$
D: $\dfrac{16}{15}$
【难度】
【出处】
2017年清华大学THUSSAT附加学科测试数学部分(二测)
【标注】
  • 数学竞赛
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    三角
    >
    三角计算
  • 知识点
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    函数
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    根与系数的关系
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    三次方程的韦达定理
  • 知识点
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    代数变形
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    代数式的次
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    降次
  • 知识点
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    三角
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    三角恒等变换
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    和差化积与积化和差公式
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    三角
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    三角恒等变换
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    二倍角公式
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    复数
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    复数与三角
    >
    复数的三角形式
【答案】
A
【解析】
注意到\[\begin{split}\cos^5\theta&=\left(\dfrac{{\rm e}^{\theta{\rm i}}+{\rm e}^{-\theta{\rm i}}}2\right)^5\\
&=\dfrac 1{32}\left({\rm e}^{5\theta{\rm i}}+5{\rm e}^{3\theta{\rm i}}+10{\rm e}^{\theta{\rm i}}+10{\rm e}^{-\theta{\rm i}}+5{\rm e}^{-3\theta{\rm i}}+{\rm e}^{-5\theta{\rm i}}\right)\\
&=\dfrac1{16}\left(\cos 5\theta+5\cos 3\theta+10\cos \theta\right).\end{split}\]于是\[\begin{split}\sum_{k=1}^4\cos^5\dfrac{(2k-1)\pi}9&=\dfrac{1}{16}\left[\sum_{k=1}^4\cos\dfrac{5(2k-1)\pi}9+5\sum_{k=1}^4\cos\dfrac{3(2k-1)\pi}9+10\sum_{k=1}^4\cos\dfrac{(2k-1)\pi}9\right]\\
&=\dfrac 12,\end{split}\]其中用到了\[\sum_{k=1}^4\cos\dfrac{(2m-1)(2k-1)\pi}9=\dfrac 12,m\in\mathbb N^{\ast}.\]因此所求代数式的值为\[\dfrac 12-\cos^5\dfrac{3\pi}9=\dfrac {15}{32}.\]
题目 答案 解析 备注
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