Volver a la portadaMatemáticas · 10.° grado de Preuniversitario · Cambiar asignatura
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10° grado · Matemáticas
Geometría y Trigonometría · Trigonometría de ángulos cualesquiera

Ángulos orientados y circunferencia trigonométrica

Te conviene dominar: Representación en el plano cartesiano (8.° grado de Secundaria Básica)
Te conviene dominar: Clasificación de los ángulos (7.° grado de Secundaria Básica)

Hasta ahora el seno, el coseno y la tangente solo tenían sentido para ángulos agudos, los que caben en un triángulo rectángulo. Pero la rueda de la fortuna del parque de diversiones gira sin parar: una cabina puede recorrer $750°$ y seguir. Y las aspas de un molino de viento pasan por arriba, por abajo y por los lados. ¿Qué altura tiene la cabina después de girar $750°$? Hace falta una definición que funcione para cualquier ángulo, grande, pequeño o negativo. Esa es la circunferencia trigonométrica.

Ángulos de más de una vuelta y ángulos negativos

Un ángulo no tiene por qué quedarse entre $0°$ y $360°$. Si algo sigue girando, el ángulo recorrido puede ser $750°$ o $2\,000°$: cada $360°$ es una vuelta completa. Por convenio, los ángulos se miden desde el semieje positivo de $X$ (el lado inicial), y son positivos si el giro es antihorario y negativos si es horario. El lado donde termina el giro se llama lado terminal.

Dos circunferencias trigonométricas: un ángulo positivo de más de una vuelta (750°) y un ángulo negativo de giro horario (−60°). 30° 750° = 2 vueltas + 30° −60° −60°: igual que 300°

Para reducir un ángulo $\alpha$ a uno coterminal en $[0°; 360°)$, se divide $\alpha$ entre $360$: el cociente son las vueltas y el resto es el ángulo buscado. Un ángulo negativo se pasa a positivo sumando $360°$ las veces que haga falta.

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Un ángulo mayor de $360º$ da más de una vuelta completa. Expresa cada uno de estos ángulos como un número de vueltas completas más un ángulo menor de $360º$:…

Un ángulo mayor de $360º$ da más de una vuelta completa. Expresa cada uno de estos ángulos como un número de vueltas completas más un ángulo menor de $360º$:

  • $\alpha = 750º$

  • $\beta = 1180º$

  • $\gamma = 2000º$

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Los ángulos negativos se recorren en sentido horario. Expresa cada uno de estos ángulos como un ángulo positivo menor de $360º$ que tenga el mismo lado terminal:…

Los ángulos negativos se recorren en sentido horario. Expresa cada uno de estos ángulos como un ángulo positivo menor de $360º$ que tenga el mismo lado terminal:

  • $\alpha = -60º$

  • $\beta = -150º$

  • $\gamma = -400º$

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Una noria gira en sentido antihorario. Una de sus cabinas parte del punto más bajo y, tras el recorrido completo de un ciclo, ha girado un total de $750º$. ¿Cuántas…

Una noria gira en sentido antihorario. Una de sus cabinas parte del punto más bajo y, tras el recorrido completo de un ciclo, ha girado un total de $750º$.

  • ¿Cuántas vueltas completas ha dado la cabina?

  • ¿Qué ángulo menor de $360º$ describe su posición final respecto a la de partida?

  • Si el giro hubiera sido de $1500º$, ¿dónde acabaría la cabina?

Resolver

La circunferencia trigonométrica: seno y coseno como coordenadas

Dibuja una circunferencia de radio $1$ con centro en el origen. Para cualquier ángulo $\alpha$ medido desde el semieje positivo de $X$, su lado terminal corta a la circunferencia en un único punto $P$. La idea clave: el coseno de $\alpha$ es la abscisa de $P$ y el seno de $\alpha$ es su ordenada.

Circunferencia trigonométrica de radio uno: el punto P tiene por coordenadas cos α y sen α, que cambian de longitud y de signo según el ángulo. X Y α P (cos α; sen α) cos α sen α

Para un ángulo agudo esta definición coincide con la del triángulo rectángulo: la hipotenusa es el radio, que mide $1$, así que cateto opuesto entre hipotenusa es directamente la ordenada de $P$. La definición nueva es la misma idea, ampliada.

Como $P$ está en una circunferencia de radio $1$, sus coordenadas cumplen $x^2 + y^2 = 1$, y de ahí sale la identidad fundamental: $\operatorname{sen}^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$. También se ve que $-1 \le \operatorname{sen}\alpha \le 1$ y $-1 \le \cos\alpha \le 1$.

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En la circunferencia goniométrica, el seno de un ángulo es la ordenada y el coseno la abscisa del punto donde el lado terminal corta a la circunferencia, como se muestra…

En la circunferencia goniométrica, el seno de un ángulo es la ordenada y el coseno la abscisa del punto donde el lado terminal corta a la circunferencia, como se muestra en la figura.

I II III IV X Y 90° 180° 270° 360° (1, 0) (0, 1) (−1, 0) (0, −1) 1 −1 1 −1 0

A la vista de la figura, calcula razonadamente el valor de:

  • $\sin 90º$ y $\cos 90º$

  • $\sin 180º$ y $\cos 180º$

  • $\sin 270º$ y $\cos 270º$

  • $\sin 360º$ y $\cos 360º$

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Indica si cada una de estas afirmaciones es verdadera o falsa, razonando tu respuesta: Existe algún ángulo $\alpha$ tal que $\cos \alpha = 1,4$. Si $\sin \alpha > 0$,…

Indica si cada una de estas afirmaciones es verdadera o falsa, razonando tu respuesta:

  • Existe algún ángulo $\alpha$ tal que $\cos \alpha = 1,4$.

  • Si $\sin \alpha > 0$, entonces $\alpha$ pertenece al primer cuadrante.

  • La tangente de $90º$ no existe.

  • $\sin(-40º) = \sin 40º$.

Resolver

Los cuatro cuadrantes y el signo de las razones

Los ejes dividen el plano en cuatro cuadrantes, numerados en sentido antihorario desde el semieje positivo de $X$. El cuadrante donde cae el lado terminal decide, sin calcular nada, el signo de las razones: basta mirar el signo de la abscisa y de la ordenada en esa zona.

Circunferencia trigonométrica dividida en cuatro cuadrantes con los signos del seno y del coseno en cada uno. I II III IV sen +, cos + sen +, cos − sen −, cos − sen −, cos +

Si el ángulo es mayor de $360°$ o negativo, primero se busca su coterminal en $[0°; 360°)$ y se mira ese cuadrante.

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Indica en qué cuadrante se encuentra el lado terminal de cada uno de estos ángulos: $\alpha = 95º$ $\beta = 262º$ $\gamma = 310º$ $\delta = -80º$ $\varepsilon = 500º$

Indica en qué cuadrante se encuentra el lado terminal de cada uno de estos ángulos:

  • $\alpha = 95º$

  • $\beta = 262º$

  • $\gamma = 310º$

  • $\delta = -80º$

  • $\varepsilon = 500º$

Resolver
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Sin usar la calculadora, indica el signo (positivo o negativo) de cada una de estas razones trigonométricas, razonando a qué cuadrante pertenece cada ángulo: $\sin 130º$…

Sin usar la calculadora, indica el signo (positivo o negativo) de cada una de estas razones trigonométricas, razonando a qué cuadrante pertenece cada ángulo:

  • $\sin 130º$

  • $\cos 200º$

  • $\tan 320º$

  • $\cos 95º$

  • $\sin 350º$

  • $\tan 140º$

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En la figura se ha representado un ángulo $\alpha$ en la circunferencia goniométrica, con las proyecciones de su punto $P$ sobre los ejes. A la vista de la figura,…

En la figura se ha representado un ángulo $\alpha$ en la circunferencia goniométrica, con las proyecciones de su punto $P$ sobre los ejes.

X Y 1 −1 1 −1 O α cos α sen α P (cos α, sen α)

A la vista de la figura, indica el signo de $\sin \alpha$, de $\cos \alpha$ y de $\tan \alpha$, justificando cada respuesta a partir de las coordenadas del punto $P$.

Resolver
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Determina en qué cuadrante se encuentra cada uno de los ángulos $\alpha$, $\beta$ y $\gamma$ sabiendo que: $\sin \alpha < 0$ y $\tan \alpha > 0$ $\cos \beta > 0$ y…

Determina en qué cuadrante se encuentra cada uno de los ángulos $\alpha$, $\beta$ y $\gamma$ sabiendo que:

  • $\sin \alpha < 0$ y $\tan \alpha > 0$

  • $\cos \beta > 0$ y $\sin \beta < 0$

  • $\cos \gamma < 0$ y $\tan \gamma < 0$

Indica también el signo de la razón trigonométrica que falta en cada caso.

Resolver

Ángulos mayores de 90°: el ángulo de referencia

¿Cómo se calcula $\operatorname{sen}135°$ sin calculadora? Se usa el triángulo de referencia: el triángulo rectángulo que forman el lado terminal, la proyección de $P$ sobre el eje $X$ y el propio eje $X$. Su ángulo agudo en el origen es el ángulo de referencia.

Circunferencia trigonométrica con el ángulo de 135° y su ángulo de referencia de 45° con el eje horizontal. 135° 45° P

Cómo hallarlo: en el cuadrante II, $180° - \alpha$; en el III, $\alpha - 180°$; en el IV, $360° - \alpha$.

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En la figura se ha representado el ángulo de $135º$ en la circunferencia goniométrica, junto con su triángulo de referencia. Sabiendo que $\sin 45º = \frac{\sqrt{2}}{2}$…

En la figura se ha representado el ángulo de $135º$ en la circunferencia goniométrica, junto con su triángulo de referencia.

1 −1 1 −1 X Y O 135º 45º P

Sabiendo que $\sin 45º = \frac{\sqrt{2}}{2}$ y $\cos 45º = \frac{\sqrt{2}}{2}$, calcula el valor exacto de $\sin 135º$ y de $\cos 135º$, atendiendo al cuadrante en el que está el punto $P$.

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Un velero navega con rumbo $220º$. En náutica, el rumbo se mide en sentido horario a partir del norte; en matemáticas, los ángulos se miden en sentido antihorario a…

Un velero navega con rumbo $220º$. En náutica, el rumbo se mide en sentido horario a partir del norte; en matemáticas, los ángulos se miden en sentido antihorario a partir del este (semieje $X$ positivo).

  • Expresa el rumbo del velero como un ángulo matemático $\alpha$ entre $0º$ y $360º$.

  • Indica en qué cuadrante navega el velero y el signo de $\sin \alpha$ y de $\cos \alpha$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Considera el ángulo $\alpha = 215º$. Indica en qué cuadrante se encuentra su lado terminal. Determina el signo de $\sin \alpha$, $\cos \alpha$ y $\tan \alpha$. Escribe…

Considera el ángulo $\alpha = 215º$.

  • Indica en qué cuadrante se encuentra su lado terminal.

  • Determina el signo de $\sin \alpha$, $\cos \alpha$ y $\tan \alpha$.

  • Escribe $\alpha$ como $180º$ más un ángulo agudo, y también como un ángulo negativo comprendido entre $-360º$ y $0º$.

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Un alumno ha escrito en su cuaderno la siguiente resolución: > «$\cos 130º = \cos(180º - 50º) = \cos 50º \approx 0,64$» Encuentra el error que ha cometido, explica por…

Un alumno ha escrito en su cuaderno la siguiente resolución:

«$\cos 130º = \cos(180º - 50º) = \cos 50º \approx 0,64$»

Encuentra el error que ha cometido, explica por qué es un error y calcula correctamente el valor de $\cos 130º$ con la calculadora, con cuatro cifras decimales.

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En la figura se han representado dos ángulos, $\alpha$ y $\beta$, de la circunferencia goniométrica cuyos puntos del lado terminal están a la misma altura. ¿Qué relación…

En la figura se han representado dos ángulos, $\alpha$ y $\beta$, de la circunferencia goniométrica cuyos puntos del lado terminal están a la misma altura.

X Y 1 −1 1 −1 0 α β A B
  • ¿Qué relación guardan entre sí los ángulos $\alpha$ y $\beta$? Exprésala con una igualdad.

  • Si $\sin \alpha = 0,42$ y $\alpha \approx 25º$, halla otro ángulo de $[0º, 360º)$ que tenga el mismo seno.

  • ¿Qué relación guardan dos ángulos de $[0º, 360º)$ que tienen el mismo coseno? Razona tu respuesta con la circunferencia goniométrica.

Resolver

Cuando la tangente no existe, y la identidad fundamental

La tangente es $\tan\alpha = \dfrac{\operatorname{sen}\alpha}{\cos\alpha}$. Como toda división, falla cuando el denominador es $0$: si $\cos\alpha = 0$, la tangente no existe. Ocurre cuando el lado terminal cae sobre el eje $Y$.

Circunferencia con el eje vertical resaltado y puntos en 90° y 270°, donde el coseno es cero y la tangente no existe. 90°: cos = 0 270°: cos = 0

La tangente vale $0$ cuando el numerador es $0$: si $\operatorname{sen}\alpha = 0$, es decir, en $0°$ y $180°$ (y en $360°$ si se incluye).

Ahora la identidad fundamental permite hallar una razón conociendo otra y el cuadrante.

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El punto $P$ de la figura pertenece a la circunferencia goniométrica, está en el tercer cuadrante y verifica $\cos \alpha = -0,8$. ¿Cuál es el signo de $\sin \alpha$? ¿Y…

El punto $P$ de la figura pertenece a la circunferencia goniométrica, está en el tercer cuadrante y verifica $\cos \alpha = -0,8$.

X Y O 1 −1 1 −1 −0,8 cos α = −0,8 sen α = ? α P
  • ¿Cuál es el signo de $\sin \alpha$? ¿Y el de $\tan \alpha$?

  • Calcula el valor exacto de $\sin \alpha$ utilizando la identidad fundamental $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$.

  • Calcula $\tan \alpha$.

  • Sea $\beta = \alpha - 180º$. Indica en qué cuadrante está $\beta$ y calcula sus tres razones trigonométricas.

Resolver
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A partir de la definición $\tan \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha}$: Determina todos los ángulos $\alpha$ de $[0º, 360º)$ para los que no existe $\tan \alpha$,…

A partir de la definición $\tan \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha}$:

  • Determina todos los ángulos $\alpha$ de $[0º, 360º)$ para los que no existe $\tan \alpha$, justificando la respuesta.

  • Determina todos los ángulos $\alpha$ de $[0º, 360º)$ para los que $\tan \alpha = 0$.

  • Escribe, usando un número entero $k$ cualquiera, la expresión general de todos los ángulos para los que la tangente no existe.

Resolver

Vuelve al principio: el giro de $750°$ de la cabina equivale a $2$ vueltas más $30°$, porque $750° = 2\cdot 360° + 30°$. Su altura sobre el centro es $\operatorname{sen}750° = \operatorname{sen}30° = 0{,}5$ veces el radio de la rueda.

Resumen

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