Question Number 179550 by cortano1 last updated on 30/Oct/22
$$\:\:\:\mathrm{16cos}\:^{\mathrm{5}} \theta−\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta\:=\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\: \\ $$$$\:\:\:\mathrm{0}<\theta<\mathrm{2}\pi \\ $$$$\:\:\:\theta\:=? \\ $$
Answered by greougoury555 last updated on 30/Oct/22
$$\:\:\begin{cases}{\mathrm{cos}\:\theta=\:{c}}\\{\mathrm{sin}\:\theta\:=\:{s}}\end{cases}\Rightarrow\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta=\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}{c}\right)\left(\mathrm{2}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)−\mathrm{2}{cs}\left(\mathrm{3}{s}−\mathrm{4}{s}^{\mathrm{3}} \right) \\ $$$$\:\Rightarrow\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta={c}\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{2}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)−\left(\mathrm{3}−\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−{c}^{\mathrm{2}} \right)\right)\left(\mathrm{2}{cs}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:={c}\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{2}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)−\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{c}\right)\left(\mathrm{1}−{c}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\:\:\:=\:{c}\left(\mathrm{16}{c}^{\mathrm{4}} −\mathrm{20}{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}\right)=\mathrm{16}{c}^{\mathrm{5}} −\mathrm{20}{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{5}{c} \\ $$$$\:\because\:\mathrm{16cos}\:^{\mathrm{5}} \theta−\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta\:=\:\mathrm{16}{c}^{\mathrm{5}} −\left(\mathrm{16}{c}^{\mathrm{5}} −\mathrm{20}{c}^{\mathrm{3}} +\mathrm{5}{c}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\:\mathrm{20}{c}^{\mathrm{3}} −\mathrm{5}{c}\: \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{16cos}\:^{\mathrm{5}} \theta−\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{20}{c}^{\mathrm{3}} −\mathrm{5}{c}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{4}{c}^{\mathrm{3}} −{c}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{8}{c}^{\mathrm{3}} −\mathrm{2}{c}−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\left(\mathrm{2}{c}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{c}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\:{c}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:\theta\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{3}}\:{and}\:\theta\:=\:\frac{\mathrm{5}\pi}{\mathrm{3}} \\ $$
Commented by Frix last updated on 30/Oct/22
$$\left(\mathrm{2}{c}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{4}{c}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{c}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{8}{c}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1} \\ $$
Answered by Frix last updated on 30/Oct/22
$$\mathrm{cos}^{\mathrm{5}} \:\theta\:=\frac{\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\theta\:+\mathrm{5cos}\:\mathrm{3}\theta\:+\mathrm{10cos}\:\theta}{\mathrm{16}} \\ $$$$\mathrm{5cos}\:\mathrm{3}\theta\:+\mathrm{10cos}\:\theta\:=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{cos}^{\mathrm{3}} \:\theta\:−\frac{\mathrm{cos}\:\theta}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{I}\:\mathrm{don}'\mathrm{t}\:\mathrm{think}\:\mathrm{it}\:\mathrm{makes}\:\mathrm{sense}\:\mathrm{to}\:\mathrm{use}\:\mathrm{the}\:\mathrm{exact} \\ $$$$\mathrm{solution}\:\mathrm{cos}\:\theta\:=\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}−\frac{\sqrt{\mathrm{69}}}{\mathrm{144}}}+\sqrt[{\mathrm{3}}]{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}+\frac{\sqrt{\mathrm{69}}}{\mathrm{144}}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\theta\approx.\mathrm{846833}\vee\theta\approx\mathrm{5}.\mathrm{43635} \\ $$