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TRIGONOMETRÍA PLANA Recuerda que una unidad de medida de ángulos muy utilizada es el radián: ángulo central que abarca un arco de longitud igual al radio de la circunferencia. Por tanto: 1 circunferencia = 2 radianes Recuerda también las razones trigonométricas: cateto opuesto AB hipotenusa OB cateto contiguo OA cos = hipotenusa OB cateto opuesto AB tg = cateto contiguo OA 1 OB cosec = sen AB 1 OB sec = cos OA 1 OA cotg = tg AB No olvides tampoco que, en función del cuadrante en que se encuentre un ángulo, sus sen = razones trigonométricas tienen los siguientes signos: Cuadrante 1º 2º 3º 4º Seno + + – – Coseno + – – + Tangente + – + – Las tres principales fórmulas que permiten relacionar las razones trigonométricas son: sen 2 cos 2 1 tg sen cos sec 2 1 tg 2 Otras fórmulas a tener en cuenta, especialmente para reducir al primer cuadrante, son: sen (90º – ) = cos sen (90º + ) = cos cos (90º – ) = sen cos (90º + ) = –sen sen (180º – ) = sen sen (180º + ) = –sen cos (180º – ) = –cos cos (180º + ) = –cos sen (360º – ) = –sen cos (360º – ) = cos 1) Expresa en radianes la medida de los siguientes ángulos sexagesimales: a) = 30º = 410º ß = 215º 2) Pasa a sexagesimal los siguientes ángulos dados en radianes: = 7 3 ß= 4 5 = 5 2 3) Sea = 50º 54' 14''. Calcula el valor de: a) 180º – b) 180º + 4) Dados los ángulos = 35º 23' y ß = c) 360º – 5 rad, halla: 4 a) + ß b) 4 + 3ß 5) El ángulo desigual de un triángulo isósceles mide 25º 18'. Halla los otros dos ángulos. 6) Averigua la longitud del arco que abarca un ángulo de 112º en una circunferencia de doce metros de radio. 7) Calcula el área de un sector circular sabiendo que el radio mide 3 cm y el ángulo que abarca es de 3 radianes. 4 8) Un ciclista recorre una pista circular a una velocidad de 0,12 rad/seg. Si la pista tiene un radio de 60 m, ¿qué velocidad lineal lleva? 9) Demuestra que, dado un ángulo de vértice O, si se levanta en A una perpendicular a uno cualquiera de sus lados y ésta corta al otro en B, son constantes los cocientes: AB OB y OA OB 10) Completa la siguiente tabla y comprueba que el cociente cuando se acerca a cero. sen 1 0,1 0,001 0,00001 11) Indica en qué cuadrante se encuentra un ángulo: sen sen se aproxima a 1 a) de coseno positivo y cosecante negativa, b) de seno negativo y tangente positiva, c) de secante y cotangente negativas. Completa los siguientes cuadros: 12) sen Cuadrante 2º cos tg sec cosec cotg cos tg sec cosec cotg 0,2 13) sen Cuadrante 3º -2 Demuestra las siguientes igualdades: 14) (sec – tg )2 = 15) 1 sen 1 sen sen 1 cos cosec cotg 16) Simplifica la expresión tg cos tg 3 cos sec 2 17) Expresa las siguientes razones trigonométricas en función de otras razones de ángulos inferiores a 45º: a) sen 335º b) cos 219º c) tg 133º d) cosec 197º e) sec 145º f) cotg 328º Simplifica las siguientes expresiones: 18) sen (90 – ) · cotg (90 – ) · cos (180 – ) · tg (180 + ) cotg( 19) 2 + ) tg( ) 2 cotg ( 2 ) 20) Busca los ángulos, entre 0º y 360º, que satisfacen: a) sen = 0,2472 b) sec = –3,46 21) Resuelve, únicamente en el intervalo [0º, 360º], la ecuación: sen + tg = 3 cos sen 22) En un triángulo isósceles la base mide 5 cm y un ángulo 128º. Calcula su área. 23) Halla el área de un triángulo equilátero de 43 cm de lado. 24) ¿Qué ángulo forman las dos diagonales de un rectángulo de base 242 mm y altura 134 mm? 25) En un trapecio isósceles las bases miden 14 y 30 metros y la altura 19. Encuentra sus ángulos. 26) La distancia entre los centros de dos circunferencias, cuyos radios miden 5 y 18 cm, es de 20 cm. Halla el ángulo que forma, con la recta que une los centros, una tangente común exterior. 27) Desde dos puntos, distantes 20 metros y situados en la misma orilla de un río, se observa un punto de la orilla opuesta bajo ángulos de 27º y 38º, respectivamente. Calcula la anchura del río. 28) Sobre una casa hay una antena de televisión de 2 metros. Desde la calle se divisa el pie de la antena bajo un ángulo de 32º y su extremo superior bajo un ángulo de 36º. ¿Cuál es la altura de la casa? 29) Un barco se dirige hacia un faro, situado a 85 metros sobre el nivel del mar. Desde el faro se ve el barco bajo un ángulo de 23º con la vertical y, un minuto después, el ángulo de visión se reduce a 12º. ¿Qué velocidad lleva el barco? TEOREMAS DE ADICIÓN Las fórmulas que relacionan las razones trigonométricas de una suma o resta de ángulos con las de dichos ángulos son las siguientes: sen( a b) sen a cos b cos a sen b cos( a b) cos a cos b sen a sen b sen( a b) sen a cos b cos a sen b cos( a b) cos a cos b sen a sen b tg( a b) tg a tg b 1 tg a tg b tg( a b) tg a tg b 1 tg a tg b Las razones trigonométricas del ángulo doble son: sen 2a 2 sen a cos a cos 2a cos 2 a sen 2 a tg 2a 2 tg a 1 tg 2 a Las razones trigonométricas del ángulo mitad son: sen a 1 cos a 2 2 cos a 1 cos a 2 2 tg a 1 cos a 2 1 cos a Las fórmulas para pasar a productos la suma y diferencia de senos y cosenos (lo que era muy útil cuando los cálculos se hacían mediante logaritmos), y viceversa, son: sen A sen B 2 sen A B A B cos 2 2 sen A sen B 2 cos A B A B sen 2 2 cos A cos B 2 cos A B A B cos 2 2 cos A cos B 2 sen A B A B sen 2 2 1) Como sabes el valor de sen 30º y cos 60º , comprueba que: a) sen 30º sen 30º sen 60º b) sen 30º sen 60º sen 90º 2) Si sen 15º 0,26 y sen 25º 0,42 calcula manualmente, y después comprueba tus resultados con la calculadora: a) sen 40º b) cos10º c) sen 105º d) tg 50º 3) Demuestra, utilizando fórmulas de adición, que: cos x sen x 2 sen x cos x 2 tg x tg x tg x tg x 4) Calcula sen 2x sabiendo que sen x 1 y que el ángulo x está en el primer cuadrante. 3 5) Calcula sen 3x sabiendo que sen x 1 y que x está en el 2º cuadrante. Expresa 3 sen 3x en función de sen x 6) Sabiendo que sen a 11 4 y cos b , siendo a y b ángulos que pertenecen al 2º y 4º 13 5 cuadrante, respectivamente, halla: a) sen( a b) b) cos( a b) c) cos( 2a b) d) sen( a 2b) 7) Si tg a 2 y tg b 3 , calcula (verificando los resultados con la calculadora): a) tg( a b) b) tg( 2a b) c) tg( a 2b) 8) Si A B C 2 demuestra que tg A tg B tg B tg C tg C tg A 1 9) Si A B C demuestra que tg A tg B tg C tg A tg B tg C 10) Si cos 40º 0,77 , utilizando las fórmulas del ángulo doble calcula manualmente (después comprueba tus resultados con la calculadora): a) sen 80º b) tg 80º 11) Si cos 40º 0,77 calcula con las fórmulas del ángulo mitad las razones trigonométricas de 20º, de 10º y de 5º (después verifica los resultados con la calculadora). 12) Transforma en producto las siguientes expresiones: a) sen 30º sen 70º b) cos 40º cos 10º c) sen 25º cos 55º d) cos 75º sen 40º 13) Descompón en productos las siguientes expresiones: a) 1 sen a b) cos a 0,5 c) 2 cos a 2 14) Descompón en productos las expresiones: a) sen 3a sen a sen 2a b) sen a sen 3a sen 7a sen 9a 15) Transforma en suma las siguientes expresiones: a) sen 75º cos 40º b) cos 50º cos 65º 16) Transforma en suma las siguientes expresiones: a) sen 5a cos 3a b) sen 2a sen a Demuestra las siguientes igualdades: 17) 1 1 1 2 2 2 cos a sen a sen a cos 2 a 18) cos 4 a sen 4 a cos 2a 19) tg a cos 2a tg 2a tg a 20) cos(a b) cos(a b) cos 2 a sen 2 b 21) sen( a b) sen( a b) sen 2 a sen 2 b 22) sen a a tg 1 cos a 2 23) cos( a b) sen( a b) sen a cos a sen b cos b 24) 2 sen a sen 2 a cos a tg 2a cos a 25) 1 tg a 1 sen 2a 1 tg a cos 2a 26) sen 5a sen a 3 cos 2 a sen 2 a sen 3a sen a Simplifica las siguientes expresiones 27) sen 2a 1 cos 2a 28) 1 tg a 1 sen 2a 1 tg a cos 2a 29) sen 2a 1 cos a 1 cos a cos a 30) 2 sen a sen 2 a tg 2a cos a 31) cos( a b) cos( a b) sen( a b) sen( a b) 32) 2 sen 2 a sen a cos a sen 2 a tg a 33) sen a cos a sen 2a sen a cos a 1 sen 2a 34) sen 5a sen a 2 cos 2a sen 3a sen a Resuelve (sin calculadora) las siguientes ecuaciones trigonométricas: 35) sen 4 x 1 36) sen 5 x 0,5 37) tg 3 x 1 38) sen 3x sen 36º 39) cos 4x sen 48º 40) cos 2x sen x 0 41) sen 2 x cos 2 x 1 42) sen x cos x 2 43) 2 cos x 4 sen x 3 2 44) sen 2x sen x 45) 2 sen 2 x 3 tg x 46) 3 cos x 1 tg 2 x 0 2 47) cos 8 x cos 6 x 2 cos 210º cos x 48) cos 2x cos x sen 2x sen x Resuelve los siguientes sistemas de ecuaciones: 49) sen x sen y 1 x y 90º 50) 2 sen x 1 cos y 2 cos x 1 cos y 1 sen x sen y 2 51) 2 x y 3 3 sen x cos y 4 52) 1 cos x sen y 4 53) cos x cos y sen x sen y x y 30º 3 sen x sen y 2 54) x y 3 cos 2 2 1 cos x cos y 2 55) tg x tg y 2 56) Determina los valores de x que verifican simultáneamente las igualdades: 13 3x 6 3x 1 cos a 13 cosec a RESOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS Cuando se pretende resolver triángulos cualesquiera ABC, el proceso no es tan sencillo como en el caso de los triángulos rectángulos y es preciso trabajar con los dos importantes teoremas que se indican seguidamente: Teorema de los senos: a b c sen A sen B sen C Teorema del coseno: a2 = b2 + c2 – 2b · c · cos A b2 = a2 + c2 – 2a · c · cos B c2 = a2 + b2 – 2a · b · cos C En la resolución de triángulos cualesquiera pueden presentarse hasta cuatro casos distintos, en función de los datos que se conozcan: – Un lado y dos ángulos. Solución única. – Dos lados y el ángulo comprendido. Solución única. – Tres lados. Solución única o ninguna, puesto que un lado nunca puede ser mayor que la suma de los otros dos. – Dos lados y el ángulo opuesto a uno de ellos. Puede haber 0,1 o 2 soluciones, ya que al aplicar el teorema del seno puedes obtener que el seno de un ángulo es mayor que 1 (imposible) o que al hallar los ángulos (recuerda que la calculadora únicamente te indica un valor, pero también puede ser válido su suplementario) sea válido sólo uno o los dos. Cuando debas hallar el área de un triángulo, puedes aplicar la siguiente expresión (o sus análogas cambiado las letras): S 1 b c sen A 2 Sin embargo, si conoces los tres lados es más cómodo y rápido aplicar la llamada fórmula de Herón: S p (p-a) (p-b) (p-c) donde p es el semiperímetro del triángulo; es decir: p abc 2 Resuelve los triángulos que se indican a continuación, calculando además su área: 1) b = 50 A = 47º 20' B = 73º 42' 2) a = 28 A = 35º 28' B = 127º 47' 3) a = 7 c = 20 A = 36º 5' 4) a = 14 b = 28 A = 30º 5) b = 10 c=5 B = 107º 12' 6) a = 5 c=7 A = 12º 22' 7) a = 4 b=9 C = 29º 35' 8) a = 7 b=8 c=9 9) a = 10 b=4 c=5 11) Desde un punto A se observa un puente sobre un río. Si B y C son los extremos del puente sobre las orillas opuestas (B es el más cercano a A), averigua la longitud del puente sabiendo que la distancia AB es 80 m y los ángulos BAC y ABC miden 20º y 113º, respectivamente. 12) Los pueblos A y B están en la misma margen de un río y C en la opuesta. Se conoce la distancia de A a B, 2 km, y los ángulos ABC y CAB, 73º y 62º respectivamente. Calcula la distancia que hay entre A y C. 13) Aplicando el teorema de los senos, demuestra que en un triángulo la razón del lado al seno del ángulo opuesto es el diámetro de la circunferencia circunscrita. 14) Un jugador de fútbol está situado a 5 y 8 metros de los postes de una portería, a la que ve bajo un ángulo de 60º. ¿Cuál es la anchura de la portería? 15) Las dos diagonales de un paralelogramo miden 8 y 14 cm y forman un ángulo de 42º 27'. Halla los lados. Resuelve los siguientes triángulos: 16) a = 2b c=5 B = 27º 39' 17) a = 50 b = 38 sen A = tg B 18) ¿Qué ángulo forman dos diagonales de un cubo? 19) Sara está de pie y desde sus ojos al suelo hay una distancia de 1,6 m. Divisa los extremos de un poste, situado a cuatro metros de distancia, bajo un ángulo de 43º. ¿Cuál es la altura de dicho poste? 20) Para calcular la altura a la que se encuentra la cima C de una montaña, vista desde el llano, una persona sigue los siguientes pasos: i) marca dos puntos A, B del llano y mide su distancia, ii) mide los ángulos CAB, ABC y el que forma la visual AC con la horizontal. Suponiendo que las medidas son las indicadas en la figura, averigua la altura h de la montaña 21) Un radar R que cubre 5 kilómetros está situado a 20 kilómetros de un puerto A. De este puerto sale un barco a 25 km/h, con una dirección que forma un ángulo de 10º con AR. ¿Cuánto tiempo estará el barco en el visor del radar? FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS Como todo número real puede considerarse la medida en radianes de un ángulo, es posible definir una serie de funciones que a cada número real x le haga corresponder una de sus seis razones trigonométricas. Se obtienen así las llamadas funciones trigonométricas o circulares, cuyas principales características se muestran en la siguiente tabla: Función Dominio Recorrido sen x [–1,1] 2 Impar cos x [–1,1] 2 Par tg x n / 2 | n Impar n | n ,1 1, 2 Impar sec x n / 2 | n ,1 1, 2 Par cotg x n | n Impar cosec x Periodo Paridad Recuerda que el periodo P de una función y = f(x) es el menor valor no nulo que, para todo valor del dominio, verifica: f(x + P) = f(x) Ninguna de las funciones trigonométricas es biyectiva y, por consiguiente, carecen de función inversa. No obstante, si restringimos su estudio a un determinado intervalo es posible que existan sus inversas. Las tres funciones trigonométricas inversas más usuales son: Función Notación arco seno y = arc sen x sen y = x [–/2, /2] arco coseno y = arc cos x cos y = x [0, ] Equivale a: Recorrido habitual arco tangente y = arc tg x [–/2, /2] tg y = x Representa en unos mismos ejes las siguientes parejas de funciones: 1) y = sen x y = cos x 2) y = tg x y = cotg x 3) y = sec x y = cosec x 4) Tomando como base la gráfica de f(x) = cos x, obtén la de cos ( – x) y comprueba 2 que coincide con la gráfica de la función f(x) = sen x. 5) A partir de la gráfica de la función f(x) = sen x, representa en unos mismos ejes, sin hallar puntos y con diferentes colores, las de: a) y = 2 + sen x b) y = sen (x+2) c) y = 2sen x d) y = sen 2x e) y = 1 + 3sen 2x 6) Halla el dominio de las siguientes funciones: a) y = 1 1 cos x b) y = cos 1 x 1 c) y = cos x – tg x d) y = cosec 2 x 1 e) y = 1 sen x cos x f) y = cosec x sec x 7) Encuentra el recorrido de las siguientes funciones: a) y = sen x 2 b) y = 2sen x c) y = 2 + sen x 8) Indica el período de las siguientes funciones: a) y = sen x 2 b) y = tg 3x c) y = 3sen 9) Señala la paridad de las funciones: a) y = 2tg x b) y = sen x · tg x x 3 c) y = sen (x + 2) d) y = sen x2 10) Resuelve gráficamente, en el intervalo [0,2], las inecuaciones: a) sen x + cos x > 0 b) sen x – tg x 0 c) sen x + tg x > 0 11) Representa, en unos mismos ejes, las funciones: a) y = arc cos x b) y = arc tg x 12) Despeja x en las siguientes igualdades: a) y = 3 arc cos (x + 5) x 2 b) y = 4 arctg c) y = –2 + arc tg x d) y = 1 arc tg (2 + bx) a 13) Encuentra, sin calculadora ni tablas, los siguientes valores en los recorridos habituales de las funciones: a) arc sen 1 2 b) arc cos 1 2 c) arc cos 1 2 d) arc tg 0 e) arc sen –1 14) Halla, sin tablas ni calculadora, el valor de las expresiones: a) arc sen (tg ) b) arc sen (sen c) tg (arc cos ) 7 5 ) 13 15) ¿Por qué la función arc cos x se estudia en [0,] en lugar de [ 16) Halla el dominio y recorrido de la función y = sen (arc sen x) , ]? 2 2 17) ¿Es cierta la igualdad arc tg x = arc sen x ? arc cos x 18) Resuelve la ecuación: arc cos x + 2 arc sen 1 = 19) Calcula el valor de arc sen x + arc cos x SOLUCIONES TRIGONOMETRÍA PLANA 1) a) = /6 b) = 43/36 c) = 41/18 2) =240º = 144º = 450º 3) a) 129º 5’ 46’’ b) 230º 54’ 14’’ c) 309º 5’ 46’’ 4) a) 260º 23’ b) 96º 32’ 5) 77º21’ 6) 23,457 m 7) 10,602 cm2 8) 72 m/s 10) sen sen 1 0.8414709848079 0.8414709848079 0,1 0.09983341664683 0.9983341664683 0,001 9.999998333333e-4 0.9999998333333 0,00001 9.999999999833e-6 0.9999999999833 11) a) 4º b) 3º c) 2º 12) Cuadrante sen cos tg sec cosec cotg 2º 0,2 -0,9797 -0,204 -1,0206 5 -4,90 13) Cuadrante sen cos tg sec cosec ctg 3º -0,447 -0,894 0,5 -1,118 -2,236 2 16) sen 17) a) –sen 25º b) –cos 39º c) –ctg 43º d) –cosec 17º e) –sec 35º f) –ctg 32º 18) sen2 19) 1 20) a) = 14º 33’ 16’’ ó 165º 47’ 56’’ b) = 106º 47’ 56’’ ó 253º 12’ 3’’ 21) = 39º 51’43’’ , -39º 51’ 43’’ , 115º 44’ 17’’ , 244º 15’ 56’’ 22) 3,05 cm2 23) 800,6404 cm2 24) 57º 56’ 54’’ o 122º 3’ 6’’ 25) 67º 10’ , 112º 50’ 26) 40º 32’ 30’’ 27) 6,167981 m 28) 12,29 m 29) 18,01303 m/minuto TEOREMAS DE ADICIÓN 4) 0,6285393 5) 23/27 sen 3x = 3 senx – 4 sen3x 6) a) 0,9966862 b) 0,9340432 c) –0,8866998 d) –0,274698 7) a) –1/7 b) 13/9 c) ½ 12) a) 2 sen 50º cos 20º b) –2 sen 25º sen 15º c) –2 cos 30º sen 5º d) –2 sen (125/2)º sen (25/2)º 13) a) 2 sen 2 cos 90 a 90 a sen 2 2 b) 2 sen 45 a 45 a sen 2 2 14) a) 4 cos a sen 3a a cos b) 5 cos a sen 5a cos 3a 2 2 15) a) 1 1 (sen 115º sen 35º ) b) (cos 115º cos 15º ) 2 2 16) a) 1 1 (sen 8a sen 2a ) b) (cos 3a cos a) 2 2 27) tg a 28) 0 a 60 a 60 sen 2 2 c) 29) 2 (1 cos 2 a 2 cos a) sen a 30) cos a 31) tg b 32) tg 2a 33) – tg 2a 34) 1 35) 22º 30’ + 2k 36) 6º ó 30º + 2k 37) 45º ó 105º + 2k 38) 12º ó 48º + 2k 39) 10º 30’ ó 79º 30’ + 2k 40) 90º + 2k/3 41) k 42) 45º + 2k 43) 2k 60º 44) k 2k 60º 45) k 30º , 150º , 210º ó 330º + 2k 46) 90º + k 109º 28’ 16’’ + 2k 47) 90º + k 30º ó 21º 25’ + 2k 48) 180º , 270º , 150º , 30º + 2k 49) x = k ó 90º + 2k y = 90º +2k ó k 50) x = 90º + 2k y = 180º + 2k 51) x = 90º y = 30º + 2k ó x = 210º y = -90º + 2k 52) x = 60º y = 30º + 2k ó x = 120º y = -30º + 2k 53) x = 60º y = 30º + 2k x = 150º y = 120º + 2k 54) x = 90º y = 30º ó x = 30º y = 90º ó x = 150º y = 90º ó x = 90º y = 150º + 2k 55) x = y = 45º + 2k 56) 2 , -11/3 RESOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS 1) C = 58º 58’ a = 38,305 c = 44,63 S = 820,56 unid2 2) C = 16º 45’ b= 38,1389 c = 13,9074 S = 153,8808 unid2 3) No hay solución 4) B = 90º C = 60º c = 24,2487 S = 169,7409 unid2 5) A = 44º 17’ C = 28º 31’ a = 7,3132 S = 17,4655 unid2 6) C = 17º 26’ B = 150º 12’ b = 11,6024 S = 8,6969 unid2 ó C = 162º 34’ B = 5º 5’ b = 2,0685 S = 1,5505 7) A = 19º 40’ B = 130º 45’ c = 5,8639 S = 8,8864 unid2 8) A = 48º 11’ B = 58º 24’ C = 73º 25’ S = 23,0017 unid2 9) No hay solución 11) 37,412251 m 12) 2,7048381 km 14) 7 m 15) 4,866 10,311 16) A = 68º 8’ 47’’ C = 84º 12’ 13’’ b = 2,332 a = 4,664 S = 5,411 unid2 17) A = 58º 46’ 40’’ B = 40º 32’ 8’’ C = 80º 41’ 12’’ S = 937,477 unid2 18) 35º 15’ 52’’ o 70º 31’ 43’’ o 109º 28’ 16’’ 19) 3,151 m 20) 290,897 m 21) 17 m 16 s Funciones trigonométricas 1) 2) 3) 5) a) b) c) d) e) 6) a) Dom = – {0º + 2k} d) Dom = – {k} 7) a) Im = [–1 , 1] b) Dom = – {1} e) Dom = – {/4 + k} b) Im = [–2 , 2] 9) a) Impar b) Par c) Ni par ni impar d) Par b) f) Dom = – {k/2} c) Im = [1 , 3] 8) a) 4 b) /3 c) 6 10) a) c) Dom = – {k + /2} c) 11) 12) a) x = -5 + cos y 3 b) x = 2 tg y tg( ay ) 2 c) x = tg (y+2) d) x = b 4 13) a) 30º b) 60º c) 120º d) 0º e) 270º 14) a) 0º b) /7 c) 2,4 15) Para que sea función 16) Dom = Im = [–1 ,1] 17) No 18) 90º + k 19) /2