既然题主希望看到的是“数学之美”,我们就直接“美”给题主看。
注意:本篇回答中,根号取值的方法依据 Mathematica ,是这样的:
其中
例如, 也就是,每个根号都取实部最大的值,实部相同的取虚部大于零的值。
我之前搞错了,现已改正。
旋转版:
根据三倍角公式: ,正确使用 Cardano 公式解得:当 是锐角时,
当 是锐角时,
我们知道 。而 ,所以反复使用上述两个公式即可得出 。
最后,综合使用 Mathematica 的化简功能和眼睛、草稿纸来尽可能地化简我们所得到的东西,就得到了上述结果。
这堆东西确实正确的证据:
的一种计算方法:
画出如图的三角形,令 图中全部都是等腰三角形,所以
因为 和 相似,所以 推出
正弦定理: 所以 。
那一大堆东西的 代码:
sin 1^circ = frac12sqrt{2-sqrt{2+frac{4+sqrt[3]{8+8sqrt{5}-4sqrt{30+6sqrt{5}}+4sqrt{150+30sqrt5}+left(-2sqrt2+2sqrt{10}+4sqrt{15+3sqrt5}
ight)sqrt{-14+2sqrt5-sqrt{30+6sqrt{5}}+sqrt{150+30sqrt5}}}}{2sqrt[3]{-1+sqrt5+sqrt{30+6sqrt5}+sqrt{-28+4sqrt5-2sqrt{30+6sqrt{5}}+2sqrt{150+30sqrt5}}}}}}
耍赖的答案(感谢精选评论指出错误)
有很多的相似问题, 请提问前尽量使用搜索引擎. =_=
理论上, 比如, 对于真分母可化为 形式的有理数角度(其中 均为自然数), 其函数值总通过有限次数求解多项式方程给出形式解. 但是这并不保证最终结果全部为实根式. 全部根号内部均为正的表达式, 仅仅在 的整数倍的情况下才能保证.
给一个思路. 用二倍角得到
联立正弦二倍角和余角的余弦三倍角得到
从而
用三倍角讨论得
代进去化得对称一点(请善用 Mathematica),
不过请注意, 此处的虚数是形式记号, 终结果仍然为实数.
给个读者自证的提示: 设角度制下的有理数 均为整数. 利用倍角公式得
至于为什么 也可以, 那是因为五倍角公式没四次项. 而 的情况就不一定能通过有限次运算解出方程了. 我不想继续推广结论了, 读者感兴趣自己来吧. =_=