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2. \( \tan ^{2} \theta\left(\cot ^{2} \theta-\cos ^{2} \theta\right)= \)

Ask by Garrett Schofield. in the United Arab Emirates
Jan 21,2025

Solución de tutoría real

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The simplified expression is \( \cos^{2}(\theta) \).

Solución

Calculate or simplify the expression \( \tan^{2}(\theta)(\cot^{2}(\theta)-\cos^{2}(\theta)) \). Simplify the expression by following steps: - step0: Solution: \(\tan^{2}\left(\theta \right)\left(\cot^{2}\left(\theta \right)-\cos^{2}\left(\theta \right)\right)\) - step1: Transform the expression: \(\tan^{2}\left(\theta \right)\left(\cot\left(\theta \right)+\cos\left(\theta \right)\right)\left(\cot\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\right)\) - step2: Transform the expression: \(\left(\frac{\sin\left(\theta \right)}{\cos\left(\theta \right)}\right)^{2}\left(\cot\left(\theta \right)+\cos\left(\theta \right)\right)\left(\cot\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\right)\) - step3: Transform the expression: \(\left(\frac{\sin\left(\theta \right)}{\cos\left(\theta \right)}\right)^{2}\times \frac{\cos\left(\theta \right)+\cos\left(\theta \right)\sin\left(\theta \right)}{\sin\left(\theta \right)}\times \left(\cot\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\right)\) - step4: Transform the expression: \(\left(\frac{\sin\left(\theta \right)}{\cos\left(\theta \right)}\right)^{2}\times \frac{\cos\left(\theta \right)+\cos\left(\theta \right)\sin\left(\theta \right)}{\sin\left(\theta \right)}\times \frac{\cos\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\sin\left(\theta \right)}{\sin\left(\theta \right)}\) - step5: Multiply the terms: \(\frac{\sin\left(\theta \right)\left(1+\sin\left(\theta \right)\right)}{\cos\left(\theta \right)}\times \frac{\cos\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\sin\left(\theta \right)}{\sin\left(\theta \right)}\) - step6: Reduce the fraction: \(\frac{1+\sin\left(\theta \right)}{\cos\left(\theta \right)}\times \left(\cos\left(\theta \right)-\cos\left(\theta \right)\sin\left(\theta \right)\right)\) - step7: Rewrite the expression: \(\frac{1+\sin\left(\theta \right)}{\cos\left(\theta \right)}\times \cos\left(\theta \right)\left(1-\sin\left(\theta \right)\right)\) - step8: Reduce the fraction: \(\left(1+\sin\left(\theta \right)\right)\left(1-\sin\left(\theta \right)\right)\) - step9: Transform the expression: \(1-\sin^{2}\left(\theta \right)\) - step10: Transform the expression: \(\cos^{2}\left(\theta \right)\) The simplified expression is \( \cos^{2}(\theta) \).

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The Deep Dive

To simplify the expression \( \tan ^{2} \theta\left(\cot ^{2} \theta-\cos ^{2} \theta\right) \), we start by substituting the definitions of tangent and cotangent in terms of sine and cosine: 1. Recall that \( \tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta} \) and \( \cot \theta = \frac{\cos \theta}{\sin \theta} \). Therefore, we have: \[ \tan^2 \theta = \frac{\sin^2 \theta}{\cos^2 \theta} \] \[ \cot^2 \theta = \frac{\cos^2 \theta}{\sin^2 \theta} \] 2. Now, substitute these into the expression: \[ \tan^{2} \theta \left( \cot^{2} \theta - \cos^{2} \theta \right) = \frac{\sin^2 \theta}{\cos^2 \theta} \left( \frac{\cos^2 \theta}{\sin^2 \theta} - \cos^2 \theta \right) \] 3. Simplify the term inside the parentheses: \[ \frac{\cos^2 \theta}{\sin^2 \theta} - \cos^2 \theta = \frac{\cos^2 \theta - \cos^2 \theta \sin^2 \theta}{\sin^2 \theta} = \frac{\cos^2 \theta (1 - \sin^2 \theta)}{\sin^2 \theta} = \frac{\cos^2 \theta \cos^2 \theta}{\sin^2 \theta} = \frac{\cos^4 \theta}{\sin^2 \theta} \] 4. Substitute this back into the expression: \[ \frac{\sin^2 \theta}{\cos^2 \theta} \cdot \frac{\cos^4 \theta}{\sin^2 \theta} = \frac{\cos^4 \theta}{\cos^2 \theta} = \cos^2 \theta \] So, the final simplified result is: \[ \tan^{2} \theta\left(\cot^{2} \theta-\cos^{2} \theta\right) = \cos^2 \theta \]

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