対数の和
当HPがいつもお世話になっているHN「よおすけ」さんからの出題です。
(令和3年11月7日付け)
次の和は、実数の範囲で計算可能か。もし可能ならば、その値を答えよ。
Σk=13 log8 cos(2k-1π/9)}
※WolframAlphaの自然言語で入力の方へ:当問は自然対数eを底とする値では無く、8を底
とする値です。
(答) −1
実際に、
Σk=13 log8 cos(2k-1π/9)}=log8 {cos(π/9)・cos(2π/9)・cos(4π/9)} において、
T=cos(π/9)・cos(2π/9)・cos(4π/9) とおくと、
2sin(π/9)・T=2sin(π/9)・cos(π/9)・cos(2π/9)・cos(4π/9)
=sin(2π/9)・cos(2π/9)・cos(4π/9)
4sin(π/9)・T=2sin(2π/9)・cos(2π/9)・cos(4π/9)
=sin(4π/9)・・cos(4π/9)
8sin(π/9)・T=2sin(4π/9)・・cos(4π/9)=sin(8π/9)=sin(π/9)
sin(π/9)≠0 なので、 T=1/8
よって、 Σk=13 log8 cos(2k-1π/9)}=log8 1/8=−1
(コメント) きれいな問題ですね!高校生のときに計算した
cosθ+cos2θ+cos3θ+・・・+cosnθ
=[sin(nθ/2)cos{(n+1)θ/2}]/sin(θ/2)
を思い出しました。
sin(θ/2)の一撃で、和が積和の公式で攻略されることに感動しましたね!
(→ 参考:「和積の公式3」)