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Questão 4

IME 2015
Matemática

[IME-2015 / 2016 - 1 fase]

O valor do somatório abaixo é

sum_{k=1}^{15}Img(cis^{2k-1}frac{pi}{36})

A

frac{2+sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}}

B

frac{2-sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}}

C

frac{1}{4senfrac{pi}{36}}

D

senfrac{pi}{36}

E

frac{1}{4}

Gabarito:

frac{2+sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}}



Resolução:

Podemos afirmar que sum_{k=1}^{15}Img(cis^{2k-1}frac{pi}{36})=Imgsum_{k=1}^{15}(cis^{2k-1}frac{pi}{36}).

Vamos agora chamar cisfrac{pi}{36}=z.

Assim,  Imgsum_{k=1}^{15}z^{2k-1}. Podemos então perceber que se trata da soma dos elementos de uma PG, de a_1=z e razão q=z^2.

Portanto: sum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=zfrac{(z^{30}-1)}{(z^2-1)}

Como z*z=1.

sum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=zfrac{(z^{30}-1)}{z(z-z)}

sum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=frac{(z^{30}-1)}{(z-z)}=frac{cisfrac{30pi}{36}-1}{2isenfrac{pi}{36}}

sum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=frac{-frac{sqrt3}{2}+frac{i}{2}-1}{2isenfrac{pi}{36}}=frac{1}{4senfrac{pi}{36}}+ifrac{2+sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}}

Imgsum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=Img(frac{1}{4senfrac{pi}{36}}+ifrac{2+sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}})

Imgsum_{k=1}^{15}z^{2k-1}=frac{2+sqrt{3}}{4senfrac{pi}{36}}

 

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