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> Sumemos senos, Hay varias demostraciones
Laðeralus
mensaje Feb 2 2011, 09:48 PM
Publicado: #1


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TEX: <br /><br />Demuestre que $\displaystyle \sum_{k=1}^{n} \sin(kx) = \frac{  \sin\left(\frac{n+1}{2}x\right) \sin\left(\frac{nx}{2}\right)  }{ \sin\left(\frac{x}{2}\right)   } $<br /><br /><br /><br /><br />
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「Krizalid」
mensaje Feb 2 2011, 10:05 PM
Publicado: #2


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QUOTE(Krizalid @ May 7 2009, 11:15 PM) *
TEX: $$\operatorname{sen}(x)\operatorname{sen}(kx)=\frac{\cos (x-kx)-\cos (x+kx)}{2},$$ además es TEX: $$\sum\limits_{k=1}^{n}{\big(\cos (x-kx)-\cos (kx)\big)}=1-\cos (nx),$$ también TEX: $$\sum\limits_{k=1}^{n}{\big(\cos (kx)-\cos (k+1)x\big)}=\cos x-\cos (n+1)x,$$ y finalmente,

TEX: \begin{eqnarray*}<br />   \sum\limits_{k=1}^{n}{\operatorname{sen}(kx)}&=&\frac{1}{\operatorname{sen}x}\sum\limits_{k=1}^{n}{\operatorname{sen}(x)\operatorname{sen}(kx)} \\ <br /> & =&\frac{1+\cos x-\big(\cos (nx)+\cos (n+1)x\big)}{2\operatorname{sen}x} \\ <br /> & =&\frac{1}{2\operatorname{sen}x}\left( 2\cos ^{2}\frac{x}{2}-2\cos \left( n+\frac{1}{2} \right)(x) \cos \frac{x}{2} \right) \\ <br /> & =&\frac{1}{\operatorname{sen}x}\left( \cos ^{2}\frac{x}{2}-\cos \left( n+\frac{1}{2} \right)(x) \cos \frac{x}{2} \right).\quad\blacksquare<br />\end{eqnarray*}

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Laðeralus
mensaje Feb 3 2011, 05:11 PM
Publicado: #3


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Muy bien, el resultado final es equivalente al que se pedía.

No sabía que ese ejercicio lo habían respondido en otro ejercicio (lo supuse, porque está en quote).

¿A alguien se le ocurren más soluciones? Yo conocía 2: la de Krizalid y otra más carita2.gif

Mensaje modificado por Laðeralus el Feb 3 2011, 05:12 PM
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「Krizalid」
mensaje Feb 3 2011, 05:22 PM
Publicado: #4


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La otra que se me ocurre es hacer TEX: $\operatorname{sen}kx=\operatorname{Im}\left( {{e}^{ikx}} \right)$ el resto es lidiar con una suma geométrica y usar Euler.
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nmg1302
mensaje Feb 3 2011, 05:31 PM
Publicado: #5


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CITA(Laðeralus @ Feb 3 2011, 06:11 PM) *
Muy bien, el resultado final es equivalente al que se pedía.

No sabía que ese ejercicio lo habían respondido en otro ejercicio (lo supuse, porque está en quote).

¿A alguien se le ocurren más soluciones? Yo conocía 2: la de Krizalid y otra más carita2.gif

Apostaría a que la otra es con complejos
aqui va

TEX: <br />\noindent Supongamos que $x \not= 2 \pi k,k \in \mathbb Z$(en ese caso es trivial) <br />Notemos que da lo mismo si la suma empieza en $0$ o en $1$.\\<br />Usando la suma geometrica<br />$$\sum_{k=0}^{n} e^{ikx}=\frac{e^{ix(n+1)}-1}{e^{ix}-1}=<br />\frac{(e^{ix(n+1)}-1)(e^{-ix}-1)}{(e^{ix}-1)(e^{-ix}-1)}=<br />\frac{e^{ixn}-e^{-ix}-e^{ix(n+1)}+1}{2-2 \cos(x)}$$<br />tomando parte imaginaria tenemos que<br />$$\sum_{k=1}^n \sin(kx)=\frac{\sin(x)-\sin(xn+x)}{2(1-\cos(x))}$$<br />usando algunas identidades trigonometricas se llega a lo pedido<br />

Mensaje modificado por nmg1302 el Feb 4 2011, 10:06 AM
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kbzoon
mensaje Feb 3 2011, 06:46 PM
Publicado: #6


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Yep, la suma ya estaba en el foro. Apostaría mi vida a que era un propuesto de Jorgeston... pero por lo menos, en los sectores de resueltos y ejercicios de variable compleja, no lo encontré. (solución por exponencial compleja)

Eventualmente la otra solución es inducción.

aporte.gif


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「Krizalid」
mensaje Feb 3 2011, 07:51 PM
Publicado: #7


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No perdiste la vida pero habrás perdido otra cosa porque era la del coseno. velho.gif

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Laðeralus
mensaje Feb 4 2011, 06:51 AM
Publicado: #8


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Efectivamente, la otra solución que conozco es mediante variable compleja.
Con este método, se puede deducir tantola identidad de la suma de senos como la de la suma de cosenos.
La resolución es similar a la descrita por nmg1302.
Aquí va.

TEX: <br /><br />        Sean $\displaystyle B = \sum_{k=1}^{n} \sin(kx) $, y $\displaystyle A = \sum_{k=1}^{n}\cos(kx)$. Sea $\alpha = \cos\left(\frac{x}{2}\right) + i\sin\left(\frac{x}{2}\right)$. Entonces, $\displaystyle \alpha^{2k} = \cos(kx)+i\sin(kx), \forall k \in \mathbb{N}$. Por otro lado, note que<br />        \begin{align*}<br />            A + iB &= \sum_{k=1}^{n} \cos(kx) + i\sum_{k=1}^{n}\sin(kx) \\<br />                   &= \sum_{k=1}^{n} \Big[ \cos(kx) + i\sin(kx) \Big] \\<br />                   &= \sum_{k=1}^{n} \alpha^{2k} \\<br />                   &= \frac{\alpha^{2(n+1)}-\alpha^2}{\alpha^2-1} = \alpha^{2} \cdot \frac{\alpha^{2n}-1}{\alpha^2-1} = \alpha^2 \cdot \frac{ \alpha^{n}\left( \alpha^{n}-\frac{1}{\alpha^{n}} \right) }{ \alpha \left( \alpha - \frac{1}{\alpha} \right) }\\<br />                   &= \alpha^{n+1}\left[ \frac{\alpha^{n}-\alpha^{-n}}{\alpha-\alpha^{-1}} \right]<br />        \end{align*}<br /><br />        Note que<br />        \begin{align*}<br />            \alpha^{n+1} &= \cos\left( \frac{(n+1)x}{2} \right) + i\sin \left( \frac{(n+1)x}{2} \right) \\<br />            \alpha^{n} &= \cos\left( \frac{nx}{2} \right) + i\sin \left( \frac{nx}{2} \right) \\<br />            \alpha^{-n} &= \cos\left( \frac{nx}{2} \right) - i\sin \left( \frac{nx}{2} \right) \\<br />            \alpha^{-1} &= \cos\left( \frac{x}{2} \right) - i\sin \left( \frac{x}{2} \right)<br />        \end{align*}<br /><br />        Reemplazando, se tiene que<br />        \begin{align*}<br />            A + iB &= \left[ \cos\left( \frac{(n+1)x}{2} \right) + i\sin \left( \frac{(n+1)x}{2} \right) \right] \cdot \left[ \frac{2i\sin \left(\frac{nx}{2}\right)}{2i\sin \left(\frac{x}{2}\right)} \right] \\<br />            A + iB&= \frac{ \cos\left(\frac{n+1}{2}x\right) \sin\left(\frac{nx}{2}\right)  }{ \sin\left(\frac{x}{2}\right)   } + i \frac{ \sin\left(\frac{n+1}{2}x\right) \sin\left(\frac{nx}{2}\right)  }{ \sin\left(\frac{x}{2}\right)   }<br />        \end{align*}<br />

TEX: <br /><br />        Asociando los términos reales e imaginarios, se deduce que<br />        \begin{align*}<br />            A = \sum_{k=1}^{n} \cos(kx) = \frac{  \cos\left(\frac{n+1}{2}x\right) \sin\left(\frac{nx}{2}\right)  }{ \sin\left(\frac{x}{2}\right)   } \\<br />            B = \sum_{k=1}^{n} \sin(kx) = \frac{  \sin\left(\frac{n+1}{2}x\right) \sin\left(\frac{nx}{2}\right)  }{ \sin\left(\frac{x}{2}\right)   }<br />        \end{align*}<br /><br />

Mensaje modificado por Laðeralus el Feb 4 2011, 01:06 PM
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Laðeralus
mensaje Feb 4 2011, 01:10 PM
Publicado: #9


Dios Matemático Supremo
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No se me ocurre otra forma para resolver el ejercicio.
Si a nadie más se le ocurre, entonces creo que... aresueltos.gif zippyyeahbt5.gif
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edgar_jeg
mensaje Apr 5 2014, 03:28 PM
Publicado: #10


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muchas gracias ya tenia tiempo buscando la sumatoria de un función seno, podrias ayudarme a resolverla pero multiplicando la funcion seno por k.


TEX: $\displaystyle \sum_{k=1}^{n}  k\sin(kx) $


gracias por su ayuda.
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