$\sin\theta + \cos\theta = \frac{1}{4}$のとき、$\sin\theta\cos\theta$の値と、$\sin^3\theta + \cos^3\theta$の値を求める問題です。

代数学三角関数恒等式因数分解
2025/6/9

1. 問題の内容

sinθ+cosθ=14\sin\theta + \cos\theta = \frac{1}{4}のとき、sinθcosθ\sin\theta\cos\thetaの値と、sin3θ+cos3θ\sin^3\theta + \cos^3\thetaの値を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、sinθcosθ\sin\theta\cos\thetaの値を求めます。
sinθ+cosθ=14\sin\theta + \cos\theta = \frac{1}{4}の両辺を2乗します。
(sinθ+cosθ)2=(14)2(\sin\theta + \cos\theta)^2 = (\frac{1}{4})^2
sin2θ+2sinθcosθ+cos2θ=116\sin^2\theta + 2\sin\theta\cos\theta + \cos^2\theta = \frac{1}{16}
sin2θ+cos2θ=1\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1なので、
1+2sinθcosθ=1161 + 2\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{16}
2sinθcosθ=11612\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{16} - 1
2sinθcosθ=11616162\sin\theta\cos\theta = \frac{1}{16} - \frac{16}{16}
2sinθcosθ=15162\sin\theta\cos\theta = -\frac{15}{16}
sinθcosθ=1532\sin\theta\cos\theta = -\frac{15}{32}
次に、sin3θ+cos3θ\sin^3\theta + \cos^3\thetaの値を求めます。
sin3θ+cos3θ\sin^3\theta + \cos^3\thetaは因数分解できます。
sin3θ+cos3θ=(sinθ+cosθ)(sin2θsinθcosθ+cos2θ)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\sin\theta + \cos\theta)(\sin^2\theta - \sin\theta\cos\theta + \cos^2\theta)
sin3θ+cos3θ=(sinθ+cosθ)(1sinθcosθ)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\sin\theta + \cos\theta)(1 - \sin\theta\cos\theta)
sinθ+cosθ=14\sin\theta + \cos\theta = \frac{1}{4}sinθcosθ=1532\sin\theta\cos\theta = -\frac{15}{32}を代入します。
sin3θ+cos3θ=(14)(1(1532))\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{1}{4})(1 - (-\frac{15}{32}))
sin3θ+cos3θ=(14)(1+1532)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{1}{4})(1 + \frac{15}{32})
sin3θ+cos3θ=(14)(3232+1532)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{1}{4})(\frac{32}{32} + \frac{15}{32})
sin3θ+cos3θ=(14)(4732)\sin^3\theta + \cos^3\theta = (\frac{1}{4})(\frac{47}{32})
sin3θ+cos3θ=47128\sin^3\theta + \cos^3\theta = \frac{47}{128}

3. 最終的な答え

sinθcosθ=1532\sin\theta\cos\theta = -\frac{15}{32}
sin3θ+cos3θ=47128\sin^3\theta + \cos^3\theta = \frac{47}{128}

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