Question Number 127067 by benjo_mathlover last updated on 26/Dec/20
$$\:{If}\:\begin{cases}{\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:=\:{a}}\\{\mathrm{cos}\:{x}+\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}\:=\:{b}\:}\end{cases} \\ $$$${show}\:{that}\:\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)=\mathrm{2}{b}. \\ $$
Answered by liberty last updated on 26/Dec/20
$$\:\begin{cases}{{a}^{\mathrm{2}} =\mathrm{sin}\:^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{sin}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2}{x}+\mathrm{2sin}\:\mathrm{2}{x}\mathrm{sin}\:{x}}\\{{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2}{x}+\mathrm{2cos}\:\mathrm{2}{x}\mathrm{cos}\:{x}}\end{cases} \\ $$$$\:\Leftrightarrow\:{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} =\mathrm{2}+\mathrm{2}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}\mathrm{cos}\:{x}+\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\mathrm{sin}\:{x}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{2}+\mathrm{2}\:\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{2}{x}−{x}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:{a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{2}+\mathrm{2cos}\:{x} \\ $$$$\Leftrightarrow\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)=\left(\mathrm{2cos}\:{x}+\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2cos}\:{x}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{4cos}\:^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{2cos}\:{x}−\mathrm{2} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\mathrm{2}\left(\mathrm{2cos}\:^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{cos}\:{x}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\mathrm{2}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}+\mathrm{cos}\:{x}\right)=\mathrm{2}{b} \\ $$
Answered by mnjuly1970 last updated on 27/Dec/20
$$\begin{cases}{{sin}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)+{sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)+\mathrm{2}{sin}\left({x}\right){sin}\left(\mathrm{2}{x}\right)={a}^{\mathrm{2}} \left({i}\right)\:\:\:}\\{{cos}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)+{cos}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}\right)+\mathrm{2}{cos}\left({x}\right){cos}\left(\mathrm{2}{x}\right)={b}^{\mathrm{2}} \left({ii}\right)}\end{cases} \\ $$$$\left({i}\right)+\left({ii}\right)::\:\mathrm{1}+\mathrm{1}+\mathrm{2}{cos}\left(\mathrm{2}{x}−{x}\right)={b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \Rightarrow{cos}\left({x}\right)=\frac{{b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{\mathrm{2}}\: \\ $$$${cos}\left({x}\right)+\mathrm{2}{cos}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)−\mathrm{1}={b} \\ $$$$\:\frac{{b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{\mathrm{2}}+\frac{\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}={b}+\mathrm{1} \\ $$$$\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\right)\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)=\mathrm{2}{b}+\mathrm{2} \\ $$$$\:\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \right)+\mathrm{2}=\mathrm{2}{b}+\mathrm{2} \\ $$$$\:\:\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \right)\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)=\mathrm{2}{b}\:\:\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 27/Dec/20
$${thank}\:{you} \\ $$
Commented by liberty last updated on 26/Dec/20
$$\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \right)\left({b}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)=\mathrm{2}{b}\:…\:\checkmark\checkmark \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 26/Dec/20
$$\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{2sin}\:{x}\:\mathrm{cos}\:{x}\:={a} \\ $$$$\mathrm{cos}\:{x}\:+\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \:{x}\:−\mathrm{1}={b} \\ $$$${t}=\mathrm{tan}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}} \\ $$$${a}=−\frac{\mathrm{2}{t}\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${b}=−\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} \right)\left({a}^{\mathrm{2}} +{b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)=\frac{\mathrm{4}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}×−\frac{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\mathrm{2}{b} \\ $$