Question Number 29173 by abdo imad last updated on 04/Feb/18
$${find}\:{cos}\left(\mathrm{5}\alpha\right)\:{interms}\:{of}\:{cos}\alpha\:{then}\:{find}\:{the}\:{value}\:{of} \\ $$$${cos}\left(\frac{\pi}{\mathrm{10}}\right). \\ $$
Answered by ajfour last updated on 05/Feb/18
$$\mathrm{cos}\:\mathrm{5}\alpha\:=\mathrm{cos}\:\mathrm{3}\alpha\:\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\alpha−\mathrm{sin}\:\mathrm{3}\alpha\:\mathrm{sin}\:\mathrm{2}\alpha \\ $$$$=\left(\mathrm{4cos}\:^{\mathrm{3}} \alpha−\mathrm{3cos}\:\alpha\right)\left(\mathrm{2cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\:\:\:−\left(\mathrm{3sin}\:\alpha−\mathrm{4sin}\:^{\mathrm{3}} \alpha\right)\left(\mathrm{2sin}\:\alpha\mathrm{cos}\:\alpha\right) \\ $$$$=\mathrm{cos}\:\alpha\left(\mathrm{4cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha−\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{2cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\:\:\:\:−\mathrm{2cos}\:\alpha\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha\right)\left(\mathrm{4cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha−\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\mathrm{cos}\:\alpha\left(\mathrm{8cos}\:^{\mathrm{4}} \alpha−\mathrm{10cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha+\mathrm{3}\right. \\ $$$$\left.\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:+\mathrm{8cos}\:^{\mathrm{4}} \alpha−\mathrm{10cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha+\mathrm{2}\right) \\ $$$$=\mathrm{cos}\:\alpha\left(\mathrm{16cos}\:^{\mathrm{4}} \alpha−\mathrm{20cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha+\mathrm{5}\right) \\ $$$${let}\:\alpha=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:\:\:\:{and}\:\:\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha={t} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{16}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{20}{t}+\mathrm{5}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{16}\left({t}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\right)^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{4}}−\mathrm{5} \\ $$$$\:\:\:{t}=\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \alpha=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}+\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{cos}\:\alpha\:=\:\mathrm{cos}\:\frac{\pi}{\mathrm{10}}\:=\sqrt{\frac{\mathrm{5}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{8}}\:}\:. \\ $$