به سوالات مختلفی بپردازیم:
**سوال (الف):**
اثبات کنید:
\[
\sin^4 \theta - \cos^4 \theta = 1 - 2\cos^2 \theta
\]
این رابطه را میتوان با استفاده از اتحاد همساز به صورت زیر نشان داد:
\[
\sin^4 \theta - \cos^4 \theta = (\sin^2 \theta + \cos^2 \theta)(\sin^2 \theta - \cos^2 \theta)
\]
از اتحاد مثلثاتی \(\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1\) استفاده میکنیم:
\[
= 1 \cdot (\sin^2 \theta - \cos^2 \theta)
= \sin^2 \theta - \cos^2 \theta
\]
حال اگر \( \cos^2 \theta = x\) داشته باشیم، میتوانیم بنویسیم:
\[
\sin^2 \theta = 1 - \cos^2 \theta = 1 - x
\]
بنابراین:
\[
\sin^2 \theta - \cos^2 \theta = (1 - x) - x = 1 - 2x
\]
که \(x = \cos^2 \theta\) بود، پس:
\[
\sin^4 \theta - \cos^4 \theta = 1 - 2\cos^2 \theta
\]
**سوال (ب):**
عبارت:
\[
A = \frac{3 \sin 60 - 3 \cos 30 + 2 \sin 45 + \tan^2 60}{\sin^2 90}
\]
ابتدا مقادیر مثلثاتی را محاسبه میکنیم:
\[
\sin 60 = \frac{\sqrt{3}}{2}, \quad \cos 30 = \frac{\sqrt{3}}{2}, \quad \sin 45 = \frac{\sqrt{2}}{2}, \quad \tan 60 = \sqrt{3}, \quad \sin 90 = 1
\]
حالا عبارت \(A\) را محاسبه میکنیم:
\[
A = \frac{3 \times \frac{\sqrt{3}}{2} - 3 \times \frac{\sqrt{3}}{2} + 2 \times \frac{\sqrt{2}}{2} + (\sqrt{3})^2}{1}
\]
\[
= \frac{0 + \sqrt{2} + 3}{1} = 3 + \sqrt{2}
\]
**سوال (ج):**
مساحت مثلث ABC:
با توجه به زوایای داده شده، مثلث متساویالساقین با زاویه ۷۵ درجه در رأس و دو ضلع برابر ۵ داریم. میتوانیم مساحت را با استفاده از فرمول مساحت مثلث در حالت زاویه بین دو ضلع بیابیم:
\[
\text{مساحت} = \frac{1}{2} \times b \times c \times \sin A
\]
که \(b = c = 5\) و \(\sin 75 = \sin(90 - 15) = \cos 15\).
\[
\text{مساحت} = \frac{1}{2} \times 5 \times 5 \times \sin 75
\]
\[
= \frac{25}{2} \times \sin 75
\]
\(\sin 75\) را به صورت تقریبی \(0.9659\) در نظر میگیریم:
\[
\text{مساحت} \approx \frac{25}{2} \times 0.9659
\approx 12.074
\]
**سوال (د):**
فاصله پایه نردبان از دیوار با شیب ۳۰ درجه و طول ۱۰ متر:
\[
\cos 30 = \frac{\sqrt{3}}{2}
\]
دیوار: \(x = 10 \times \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 8.66\)
بنابراین، فاصله پایه نردبان تا دیوار تقریباً \(8.66\) متر است.