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Prove the following: \[ \frac{3 \sin x+2 \sin 2 x}{2+3 \cos x+2 \cos 2 x}=\tan x \]

Ask by Herrera Carlson. in South Africa
Mar 19,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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\[ \frac{3 \sin x + 2 \sin 2x}{2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x} = \tan x \]

Solución

We start with the left-hand side: \[ \frac{3 \sin x + 2 \sin 2 x}{2 + 3 \cos x + 2 \cos 2 x} \] **Step 1: Apply the double-angle formulas.** Recall that: \[ \sin 2x = 2 \sin x \cos x,\quad \cos 2x = 2 \cos^2 x - 1. \] Substitute these into the numerator and denominator: - **Numerator:** \[ 3 \sin x + 2 \sin 2x = 3 \sin x + 2 (2 \sin x \cos x) = 3 \sin x + 4 \sin x \cos x. \] Factor \(\sin x\): \[ = \sin x (3 + 4 \cos x). \] - **Denominator:** \[ 2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x = 2 + 3 \cos x + 2 (2 \cos^2 x - 1) = 2 + 3 \cos x + 4 \cos^2 x - 2. \] Simplify by canceling the constants: \[ = 3 \cos x + 4 \cos^2 x. \] Factor \(\cos x\): \[ = \cos x (3 + 4 \cos x). \] **Step 2: Form the simplified fraction.** The original expression now becomes: \[ \frac{\sin x (3 + 4 \cos x)}{\cos x (3 + 4 \cos x)}. \] Assuming \(3 + 4 \cos x \neq 0\), we can cancel the common factor: \[ = \frac{\sin x}{\cos x}. \] **Step 3: Recognize the tangent function.** Since \[ \tan x = \frac{\sin x}{\cos x}, \] we have shown that \[ \frac{3 \sin x+2 \sin 2 x}{2+3 \cos x+2 \cos 2 x}=\tan x. \] Thus, the given trigonometric identity is proved.

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The Deep Dive

To prove the identity \[ \frac{3 \sin x + 2 \sin 2x}{2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x} = \tan x, \] we start by expressing everything in terms of \( \sin x \) and \( \cos x \). First, we know that \[ \sin 2x = 2 \sin x \cos x \] and \[ \cos 2x = 2 \cos^2 x - 1. \] Substituting these identities into the equation gives: \[ \text{Numerator: } 3 \sin x + 2 \sin 2x = 3 \sin x + 2(2 \sin x \cos x) = 3 \sin x + 4 \sin x \cos x = \sin x (3 + 4 \cos x). \] Now, for the denominator: \[ \text{Denominator: } 2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x = 2 + 3 \cos x + 2(2 \cos^2 x - 1) = 2 + 3 \cos x + 4 \cos^2 x - 2 = 4 \cos^2 x + 3 \cos x. \] Now the entire expression looks like: \[ \frac{3 \sin x + 2 \sin 2x}{2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x} = \frac{\sin x (3 + 4 \cos x)}{4 \cos^2 x + 3 \cos x}. \] Next, we simplify the denominator: \[ 4 \cos^2 x + 3 \cos x = \cos x (4 \cos x + 3). \] Rearranging the fraction now gives us: \[ \frac{\sin x (3 + 4 \cos x)}{\cos x (4 \cos x + 3)}. \] This can be separated into two fractions: \[ \frac{\sin x}{\cos x} \cdot \frac{3 + 4\cos x}{4 \cos x + 3}. \] Notice that: \[ \frac{\sin x}{\cos x} = \tan x. \] Now, we need to check if \(\frac{3 + 4 \cos x}{4 \cos x + 3} = 1\): Since both the numerator and denominator are the same: \[ 3 + 4\cos x = 4\cos x + 3. \] Thus, we have \[ \frac{3 + 4 \cos x}{4 \cos x + 3} = 1. \] Therefore, we arrive at: \[ \frac{\sin x (3 + 4 \cos x)}{4 \cos^2 x + 3 \cos x} = \frac{\sin x}{\cos x} = \tan x. \] Thus, we have proven that \[ \frac{3 \sin x + 2 \sin 2x}{2 + 3 \cos x + 2 \cos 2x} = \tan x. \] Hence, the identity holds true.

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