Давайте разберем каждое выражение по отдельности и найдем их значения.
1) ( 2 \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} )
Используем формулу для преобразования произведения синуса и косинуса через синус удвоенного угла:
[ 2 \sin A \cos A = \sin 2A ]
В данном случае ( A = \frac{\pi}{8} ), тогда:
[ 2 \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} = \sin \left(2 \cdot \frac{\pi}{8}\right) = \sin \frac{\pi}{4} ]
Значение синуса для угла ( \frac{\pi}{4} ):
[ \sin \frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} ]
Таким образом:
[ 2 \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} = \frac{\sqrt{2}}{2} ]
2) ( \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} + \frac{1}{4} )
Используем результат из первого выражения, где:
[ 2 \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} = \frac{\sqrt{2}}{2} ]
Тогда:
[ \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} = \frac{\frac{\sqrt{2}}{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}}{4} ]
Теперь подставим это значение в исходное выражение:
[ \sin \frac{\pi}{8} \cos \frac{\pi}{8} + \frac{1}{4} = \frac{\sqrt{2}}{4} + \frac{1}{4} = \frac{\sqrt{2} + 1}{4} ]
3) ( \cos^2 \frac{\pi}{8} - \sin^2 \frac{\pi}{8} )
Используем формулу для разности квадратов косинуса и синуса через косинус удвоенного угла:
[ \cos^2 A - \sin^2 A = \cos 2A ]
В данном случае ( A = \frac{\pi}{8} ), тогда:
[ \cos^2 \frac{\pi}{8} - \sin^2 \frac{\pi}{8} = \cos \left(2 \cdot \frac{\pi}{8}\right) = \cos \frac{\pi}{4} ]
Значение косинуса для угла ( \frac{\pi}{4} ):
[ \cos \frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} ]
Таким образом:
[ \cos^2 \frac{\pi}{8} - \sin^2 \frac{\pi}{8} = \frac{\sqrt{2}}{2} ]
4) ( \frac{\sqrt{2}}{2} - \left(\cos \frac{\pi}{8} + \sin \frac{\pi}{8}\right)^2 )
Для начала найдем значение ( \cos \frac{\pi}{8} + \sin \frac{\pi}{8} ).
Используем известные значения тригонометрических функций для угла ( \frac{\pi}{8} ):
[ \cos \frac{\pi}{8} = \sqrt{\frac{1 + \cos \frac{\pi}{4}}{2}} = \sqrt{\frac{1 + \frac{\sqrt{2}}{2}}{2}} = \sqrt{\frac{2 + \sqrt{2}}{4}} = \frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}}}{2} ]
[ \sin \frac{\pi}{8} = \sqrt{\frac{1 - \cos \frac{\pi}{4}}{2}} = \sqrt{\frac{1 - \frac{\sqrt{2}}{2}}{2}} = \sqrt{\frac{2 - \sqrt{2}}{4}} = \frac{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2} ]
Тогда:
[ \cos \frac{\pi}{8} + \sin \frac{\pi}{8} = \frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}}}{2} + \frac{\sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2} = \frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}} + \sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2} ]
Теперь возведем это в квадрат:
[ \left(\cos \frac{\pi}{8} + \sin \frac{\pi}{8}\right)^2 = \left(\frac{\sqrt{2 + \sqrt{2}} + \sqrt{2 - \sqrt{2}}}{2}\right)^2 = \frac{\left(\sqrt{2 + \sqrt{2}} + \sqrt{2 - \sqrt{2}}\right)^2}{4} ]
Раскроем квадрат суммы:
[ \left(\sqrt{2 + \sqrt{2}} + \sqrt{2 - \sqrt{2}}\right)^2 = (2 + \sqrt{2}) + (2 - \sqrt{2}) + 2\sqrt{(2 + \sqrt{2})(2 - \sqrt{2})} ]
Упростим:
[ (2 + \sqrt{2}) + (2 - \sqrt{2}) = 4 ]
[ 2\sqrt{(2 + \sqrt{2})(2 - \sqrt{2})} = 2\sqrt{4 - 2} = 2\sqrt{2} ]
Тогда:
[ \left(\sqrt{2 + \sqrt{2}} + \sqrt{2 - \sqrt{2}}\right)^2 = 4 + 2\sqrt{2} ]
Теперь подставим это значение в исходное выражение:
[ \frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{4 + 2\sqrt{2}}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} - 1 - \frac{\sqrt{2}}{2} = -1 ]
Таким образом, результат:
[ \frac{\sqrt{2}}{2} - \left(\cos \frac{\pi}{8} + \sin \frac{\pi}{8}\right)^2 = -1 ]