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\( = \frac { 1 } { 1 } + \frac { \sin ^ { 2 } 4 x } { ( 1 + \cos 4 x ) ^ { 2 } } = \)

Ask by Macdonald Best. in Slovenia
Mar 11,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The expression simplifies to \( \sec^2 2x \).

Solución

Given the expression \[ 1 + \frac{\sin^2 4x}{(1+\cos4x)^2}, \] we start by rewriting parts of it using trigonometric identities. 1. Recall the double-angle formulas: \[ 1+\cos4x = 2\cos^2 2x \] and \[ \sin4x = 2\sin2x\cos2x. \] 2. Substitute these into the fraction: \[ \frac{\sin^2 4x}{(1+\cos4x)^2} = \frac{(2\sin2x\cos2x)^2}{(2\cos^2 2x)^2}. \] 3. Square the numerator and denominator: \[ \frac{(2\sin2x\cos2x)^2}{(2\cos^2 2x)^2} = \frac{4\sin^2 2x\cos^2 2x}{4\cos^4 2x}. \] 4. Cancel out the common factor of 4: \[ \frac{4\sin^2 2x\cos^2 2x}{4\cos^4 2x} = \frac{\sin^2 2x\cos^2 2x}{\cos^4 2x} = \frac{\sin^2 2x}{\cos^2 2x} = \tan^2 2x. \] 5. Substitute back into the original expression: \[ 1 + \frac{\sin^2 4x}{(1+\cos4x)^2} = 1 + \tan^2 2x. \] 6. Use the Pythagorean identity: \[ 1 + \tan^2 \theta = \sec^2 \theta, \] with \(\theta = 2x\), so: \[ 1 + \tan^2 2x = \sec^2 2x. \] Thus, the simplified expression is: \[ \sec^2 2x. \]

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Bonus Knowledge

To simplify the expression, notice that \( 1 + \cos 4x \) can be rewritten using the double angle identity, as \( 1 + \cos 4x = 2 \cos^2 2x \). This means that the denominator can be expressed as \( (1 + \cos 4x)^2 = (2 \cos^2 2x)^2 = 4 \cos^4 2x \). Now substitute this into the original equation: \[ \frac{\sin^2 4x}{(1 + \cos 4x)^2} = \frac{\sin^2 4x}{4 \cos^4 2x} \] Next, utilize the identity \( \sin^2 4x = 1 - \cos^2 4x \) and recognize that \( \cos 4x = 2 \cos^2 2x - 1 \). Ultimately, combining these insights leads to a simplified value of the expression, allowing you to explore trigonometric transformations that can reduce complex identities into simpler forms. The entire expression simplifies nicely to an engaging transformation. Make sure to also look into how these identities connect with graphical representations or even real-life applications in wave mechanics or oscillation scenarios for a richer understanding!

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