Trigonometric Sum Difference
Simplify
\[\tan 9^\circ + \cot 9^\circ - \tan 27^\circ - \cot 27^\circ.\]
- 1
- 2
- 3
- +
- 4
- 5
- 6
- -
- 7
- 8
- 9
- $\frac{a}{b}$
- .
- 0
- =
- %
- $a^n$
- $a^{\circ}$
- $a_n$
- $\sqrt{}$
- $\sqrt[n]{}$
- $\pi$
- $\ln{}$
- $\log$
- $\theta$
- $\sin{}$
- $\cos{}$
- $\tan{}$
- $($
- $)$
- $[$
- $]$
- $\cap$
- $\cup$
- $,$
- $\infty$
Solution
We know that $ \cot 9^\circ = \tan 81^\circ $ and $ \cot 27^\circ = \tan 63^\circ, $ so
\[\tan 9^\circ + \cot 9^\circ - \tan 27^\circ - \cot 27^\circ = \tan 9^\circ + \tan 81^\circ - \tan 27^\circ - \tan 63^\circ.\]Then
\begin{align*}
\tan 9^\circ + \tan 81^\circ - \tan 27^\circ - \tan 63^\circ &= \tan 9^\circ - \tan 27^\circ + \tan 81^\circ - \tan 63^\circ \\
&= \frac{\sin 9^\circ}{\cos 9^\circ} - \frac{\sin 27^\circ}{\cos 27^\circ} + \frac{\sin 81^\circ}{\cos 81^\circ} - \frac{\sin 63^\circ}{\cos 63^\circ} \\
&= \frac{\sin 9^\circ \cos 27^\circ - \sin 27^\circ \cos 9^\circ}{\cos 9^\circ \cos 27^\circ} + \frac{\sin 81^\circ \cos 63^\circ - \sin 63^\circ \cos 81^\circ}{\cos 81^\circ \cos 63^\circ}.\end{align*}From the angle subtraction formula,
\begin{align*}
&\frac{\sin 9^\circ \cos 27^\circ - \sin 27^\circ \cos 9^\circ}{\cos 9^\circ \cos 27^\circ} + \frac{\sin 81^\circ \cos 63^\circ - \sin 63^\circ \cos 81^\circ}{\cos 81^\circ \cos 63^\circ} \\
&= \frac{\sin (9^\circ - 27^\circ)}{\cos 9^\circ \cos 27^\circ} + \frac{\sin (81^\circ - 63^\circ)}{\cos 81^\circ \cos 63^\circ} \\
&= -\frac{\sin 18^\circ}{\cos 9^\circ \cos 27^\circ} + \frac{\sin 18^\circ}{\cos 81^\circ \cos 63^\circ} \\
&= \sin 18^\circ \cdot \frac{\cos 9^\circ \cos 27^\circ - \cos 63^\circ \cos 81^\circ}{\cos 9^\circ \cos 27^\circ \cos 63^\circ \cos 81^\circ} \\
&= \sin 18^\circ \cdot \frac{\cos 9^\circ \cos 27^\circ - \sin 27^\circ \sin 9^\circ}{\cos 9^\circ \sin 9^\circ \cos 27^\circ \sin 27^\circ}.\end{align*}From the angle addition formula and double angle formula,
\begin{align*}
\sin 18^\circ \cdot \frac{\cos 9^\circ \cos 27^\circ - \sin 27^\circ \sin 9^\circ}{\cos 9^\circ \sin 9^\circ \cos 27^\circ \sin 27^\circ} &= \sin 18^\circ \cdot \frac{\cos (27^\circ + 9^\circ)}{\frac{1}{2} \sin 18^\circ \cdot \frac{1}{2} \sin 54^\circ} \\
&= \frac{4 \sin 18^\circ \cos 36^\circ}{\sin 18^\circ \sin 54^\circ} \\
&= \boxed{4}.\end{align*}