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Secundaria 5° · Matemática
Trigonometría · Trigonometría

Razones trigonométricas recíprocas e identidades pitagóricas

Un foco en el piso del patio de un liceo ilumina una pared. Si el rayo forma un ángulo $\alpha$ con el suelo y conoces la distancia a la pared, ¿cómo calculas la longitud del rayo sin dividir cada vez? Para eso existen tres razones nuevas, la secante, la cosecante y la cotangente: son solo las fracciones invertidas del coseno, el seno y la tangente, pero ahorran muchos pasos al simplificar, comprobar identidades y resolver ecuaciones.

Tres razones nuevas: secante, cosecante y cotangente

Cada una de las tres razones nuevas es, por definición, el inverso multiplicativo de una de las que ya conoces.

Circunferencia goniométrica con un ángulo en el primer cuadrante y las proyecciones de su coseno y seno sobre los ejes P(cos α, sen α) cos α sen α
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Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ y que $\alpha$ es un ángulo del primer cuadrante, calcula el valor exacto de $\csc \alpha$ y $\sec \alpha$.

Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ y que $\alpha$ es un ángulo del primer cuadrante, calcula el valor exacto de $\csc \alpha$ y $\sec \alpha$.

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Valores en ángulos notables

Como son inversos directos, los valores de secante, cosecante y cotangente salen de invertir la tabla de seno, coseno y tangente que ya conoces.

Esquema que muestra que la secante es el inverso del coseno y la cotangente el inverso de la tangente cos α sec α = 1/cos α tan α cot α = 1/tan α
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Determina el valor exacto de $\sec 60^\circ$ y $\cot 45^\circ$ sin utilizar la calculadora.

Determina el valor exacto de $\sec 60^\circ$ y $\cot 45^\circ$ sin utilizar la calculadora.

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Calcula el valor exacto de $\cot \frac{\pi}{6}$ y $\csc \frac{\pi}{4}$.

Calcula el valor exacto de $\cot \frac{\pi}{6}$ y $\csc \frac{\pi}{4}$.

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Evalúa la siguiente expresión dando su valor exacto, sin usar aproximaciones decimales: $\sec(120^\circ) + \csc(210^\circ) - \cot(315^\circ)$.

Evalúa la siguiente expresión dando su valor exacto, sin usar aproximaciones decimales: $\sec(120^\circ) + \csc(210^\circ) - \cot(315^\circ)$.

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Identidades pitagóricas

La identidad fundamental $\operatorname{sen}^2\alpha+\cos^2\alpha=1$ tiene dos versiones con recíprocas. Se obtienen dividiendo toda la igualdad entre $\cos^2\alpha$ o entre $\operatorname{sen}^2\alpha$.

Deducción de las identidades con secante y cosecante dividiendo la identidad fundamental entre coseno al cuadrado y seno al cuadrado sen²α + cos²α = 1 ÷ cos²α → 1 + tan²α = sec²α ÷ sen²α → 1 + cot²α = csc²α
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Si $\tan \beta = \frac{4}{3}$ y $0 < \beta < \frac{\pi}{2}$, utiliza la relación fundamental $1 + \tan^2 \beta = \sec^2 \beta$ para calcular $\sec \beta$.

Si $\tan \beta = \frac{4}{3}$ y $0 < \beta < \frac{\pi}{2}$, utiliza la relación fundamental $1 + \tan^2 \beta = \sec^2 \beta$ para calcular $\sec \beta$.

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Sabiendo que $\cos \theta = \frac{1}{3}$, calcula el valor numérico exacto de la expresión $\sec^2 \theta - 1$.

Sabiendo que $\cos \theta = \frac{1}{3}$, calcula el valor numérico exacto de la expresión $\sec^2 \theta - 1$.

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Sabiendo que $\sec \alpha = -\frac{13}{5}$ y que $\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2}$, calcula el valor exacto de las demás razones trigonométricas (seno, coseno, tangente,…

Sabiendo que $\sec \alpha = -\frac{13}{5}$ y que $\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2}$, calcula el valor exacto de las demás razones trigonométricas (seno, coseno, tangente, cosecante y cotangente).

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Signo y existencia según el cuadrante

$\sec\alpha$ tiene el mismo signo que $\cos\alpha$; $\csc\alpha$, el de $\operatorname{sen}\alpha$; $\cot\alpha$, el de $\tan\alpha$. La tabla de signos que ya conoces sirve para las recíprocas.

Signos de la secante, cosecante y cotangente en los cuatro cuadrantes I: sec+ csc+ cot+ II: sec− csc+ cot− III: sec− csc− cot+ IV: sec+ csc− cot−
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Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razona en qué cuadrante de la circunferencia goniométrica se encuentra el ángulo $\gamma$.

Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razona en qué cuadrante de la circunferencia goniométrica se encuentra el ángulo $\gamma$.

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Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determina el signo y el valor exacto de $\tan \alpha$ y $\csc \alpha$.

Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determina el signo y el valor exacto de $\tan \alpha$ y $\csc \alpha$.

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Sabiendo que $\csc x = 3$ y que el ángulo $x$ pertenece al segundo cuadrante, calcula el valor exacto de la expresión $E = \frac{\sec x + \tan x}{\cot x}$.

Sabiendo que $\csc x = 3$ y que el ángulo $x$ pertenece al segundo cuadrante, calcula el valor exacto de la expresión $E = \frac{\sec x + \tan x}{\cot x}$.

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Simplificar y comprobar identidades

Para simplificar expresiones con recíprocas, pasa todo a seno y coseno: suele ser el camino más corto para cancelar factores. Comprobar una identidad es transformar un lado hasta que quede igual al otro.

Estrategia: pasar secantes, cosecantes y cotangentes a senos y cosenos para simplificar sec x, csc x, cot x sen x, cos x Se cancela, se simplifica y, si hace falta, se vuelve a escribir con recíprocas.
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Simplifica al máximo la siguiente expresión trigonométrica: $\cos x \times \sec x + \sin x \times \csc x$.

Simplifica al máximo la siguiente expresión trigonométrica: $\cos x \times \sec x + \sin x \times \csc x$.

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Practica★★☆Sin empezar
Simplifica la siguiente expresión trigonométrica hasta obtener una única razón: $\frac{\sec x}{\csc x} \times \cot^2 x$.

Simplifica la siguiente expresión trigonométrica hasta obtener una única razón: $\frac{\sec x}{\csc x} \times \cot^2 x$.

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Demuestra la siguiente identidad trigonométrica: $\frac{1}{\sec x + \tan x} = \sec x - \tan x$.

Demuestra la siguiente identidad trigonométrica: $\frac{1}{\sec x + \tan x} = \sec x - \tan x$.

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Practica★★☆Sin empezar
Demuestra que para cualquier ángulo $\alpha$ donde las razones estén definidas, se cumple la siguiente igualdad:…

Demuestra que para cualquier ángulo $\alpha$ donde las razones estén definidas, se cumple la siguiente igualdad: $\cot^2 \alpha - \cos^2 \alpha = \cot^2 \alpha \times \cos^2 \alpha$.

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Practica★★★Sin empezar
Demuestra la siguiente identidad trigonométrica: $\frac{\tan x + \sec x - 1}{\tan x - \sec x + 1} = \tan x + \sec x$.

Demuestra la siguiente identidad trigonométrica: $\frac{\tan x + \sec x - 1}{\tan x - \sec x + 1} = \tan x + \sec x$.

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Simplifica la siguiente expresión trigonométrica y exprésala en función de una sola razón trigonométrica o constante numérica: $\frac{\sec^4 x - 1}{\tan^2 x} - \tan^2 x$.

Simplifica la siguiente expresión trigonométrica y exprésala en función de una sola razón trigonométrica o constante numérica: $\frac{\sec^4 x - 1}{\tan^2 x} - \tan^2 x$.

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Demuestra la siguiente identidad trigonométrica, indicando los pasos algebraicos necesarios:…

Demuestra la siguiente identidad trigonométrica, indicando los pasos algebraicos necesarios: $\frac{\csc \alpha + \cot \alpha}{\sec \alpha + \tan \alpha} = \frac{\sec \alpha - \tan \alpha}{\csc \alpha - \cot \alpha}$.

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Ecuaciones y problemas con recíprocas

Para resolver una ecuación con recíprocas, despeja la razón y pasa a seno, coseno o tangente; después busca los ángulos del intervalo pedido. Si aparecen dos razones distintas, usa una identidad pitagórica para dejar una sola.

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Un foco ilumina una pared desde el suelo. La distancia horizontal del foco a la base de la pared es de $10$ m. El rayo de luz superior forma un ángulo $\alpha$ con el…

Un foco ilumina una pared desde el suelo. La distancia horizontal del foco a la base de la pared es de $10$ m. El rayo de luz superior forma un ángulo $\alpha$ con el suelo. La longitud del rayo de luz desde el foco hasta el punto más alto iluminado en la pared es $L$. Expresa $L$ usando la razón secante y calcula su valor exacto si $\cot \alpha = \frac{3}{4}$.

α 10 m L
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Resuelve la siguiente ecuación trigonométrica indicando todas las soluciones en el intervalo $[0, 2\pi]$: $2\csc x + 4 = 0$.

Resuelve la siguiente ecuación trigonométrica indicando todas las soluciones en el intervalo $[0, 2\pi]$: $2\csc x + 4 = 0$.

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Resuelve la ecuación trigonométrica $\sec^2 x + \tan x = 3$ en el intervalo $[0^\circ, 360^\circ)$.

Resuelve la ecuación trigonométrica $\sec^2 x + \tan x = 3$ en el intervalo $[0^\circ, 360^\circ)$.

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En un experimento de óptica, un rayo láser atraviesa un bloque de cristal de caras planas y paralelas. La trayectoria del rayo dentro del cristal tiene una longitud…

En un experimento de óptica, un rayo láser atraviesa un bloque de cristal de caras planas y paralelas. La trayectoria del rayo dentro del cristal tiene una longitud $L = h \times \sec \theta_r$, donde $h = 5$ cm es el grosor del bloque y $\theta_r$ es el ángulo de refracción. Si el rayo incide desde el aire con un ángulo $\theta_i = 60^\circ$ y el índice de refracción del cristal es $n = \sqrt{2}$, calcula el valor exacto de la longitud $L$ recorrida por el láser dentro del bloque. (Dato: La ley de Snell establece que $\sin \theta_i = n \times \sin \theta_r$).

θi θr h
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Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones trigonométricas para valores de $x, y \in [0, \pi]$: $$ \begin{cases} \csc x + \sec y = 3 \\ \csc x - \sec y = 1 \end{cases}…

Resuelve el siguiente sistema de ecuaciones trigonométricas para valores de $x, y \in [0, \pi]$:

$$ \begin{cases} \csc x + \sec y = 3 \\ \csc x - \sec y = 1 \end{cases} $$
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Un pasillo en forma de L tiene dos tramos de anchos $a = 2$ m y $b = 3$ m que se cruzan en ángulo recto. Una viga rígida de longitud $L$ se atasca al intentar girar la…

Un pasillo en forma de L tiene dos tramos de anchos $a = 2$ m y $b = 3$ m que se cruzan en ángulo recto. Una viga rígida de longitud $L$ se atasca al intentar girar la esquina tocando ambas paredes exteriores y la esquina interior. La longitud de la viga en función del ángulo $\theta$ que forma con una de las paredes exteriores se puede modelar como $L(\theta) = a \sec \theta + b \csc \theta$. Calcula el valor exacto de $L(\theta)$ cuando $\cot \theta = \sqrt[3]{\frac{a}{b}}$.

θ a b L
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Determina todos los valores de $x \in [0, 2\pi)$ que satisfacen la ecuación trigonométrica $\csc x + \cot x = \sqrt{3}$.

Determina todos los valores de $x \in [0, 2\pi)$ que satisfacen la ecuación trigonométrica $\csc x + \cot x = \sqrt{3}$.

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Vuelve al principio: el rayo del foco mide $L=10\sec\alpha$: la secante convierte la distancia horizontal en la longitud de la hipotenusa en un solo paso, sin dividir por el coseno cada vez.

Resumen

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