Enunciado

Partindo da fórmula de Machin, mostre que

π 4 = 8 arctan ⁡ 1 10 - 4 arctan ⁡ 1 515 - arctan ⁡ 1 239 .

Passo 1

Nesse problema, vamos utilizar os resultados do exemplo 9 e algumas considerações sobre as relações de arctan. Um resultado que será muito importante também para nós é que

tan ⁡ a + b = tan ⁡ a + tan ⁡ b 1 - tan ⁡ a ⋅ tan ⁡ b

que, como no exemplo, nos servirá para encontrar um valor β .

Passo 2

Bom, esse exercício a primeira vista parece ser muito difícil, mas como um parecido já foi resolvido no exemplo 9 conseguimos ter uma ideia de como resolver. Primeiro vamos partir de um resultado:

arctan ⁡ 1 5 = 2 arctan ⁡ 1 10 + arctan ⁡ β     ( 1 )

Se subtrairmos arctan ⁡ 1 10 de ambos os lados, ficamos com

arctan ⁡ 1 5 - arctan ⁡ 1 10 = arctan ⁡ 1 10 + arctan ⁡ β .

Usando agora nosso resultado mostrado no passo 1, teremos que

tan ⁡ a + b = tan ⁡ a + tan ⁡ b 1 - tan ⁡ a ⋅ tan ⁡ b

1 5 - 1 10 1 + 1 5 ⋅ 1 10 = 1 10 + β 1 - β 10 → 5 51 = 1 + 10 β 10 - β → β = - 1 515 .

Substituindo agora em ( 1 ) , vamos ter que

arctan ⁡ 1 5 = 2 arctan ⁡ 1 10 - arctan ⁡ 1 515       ( 2 )

Usando a formula de Machin, dada por:

π 4 = 4 arctan ⁡ 1 5 - arctan ⁡ 1 239       ( 3 )

Temos que ao substituir 2   e m   3 , chegamos em

π 4 = 4 ⋅ 2 arctan ⁡ 1 10 - arctan ⁡ 1 515 - arctan ⁡ 1 239 = 8 arctan ⁡ 1 10 - 4 arctan ⁡ 1 515 - arctan ⁡ 1 239

Como queriamos mostrar.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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