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Teorema del coseno

Te conviene dominar: Teorema de Pitágoras (3° de secundaria)

Ximena quiere saber qué tan ancho es un lago en un parque de Querétaro. No puede cruzarlo, pero desde la orilla mide la distancia a dos puntos del otro lado y el ángulo entre ellos. Ni Pitágoras ni el teorema del seno le sirven: no hay ángulo recto ni un lado con su ángulo opuesto. Para eso existe el teorema del coseno, una versión de Pitágoras que funciona en cualquier triángulo.

Una generalización de Pitágoras

Si el ángulo $C$ fuera de $90^\circ$, entonces $\cos C=0$ y la fórmula se convierte exactamente en el teorema de Pitágoras. Para cualquier otro ángulo, aparece un término de corrección.

Triángulo ABC con lados a, b, c y el ángulo C en el vértice superior, opuesto al lado c, para formular el teorema del coseno. A B C c b a
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En un triángulo $ABC$, se conocen los lados $b=5$ cm, $c=8$ cm y el ángulo comprendido $A=60^\circ$. Calcula la longitud del lado $a$.

En un triángulo $ABC$, se conocen los lados $b=5$ cm, $c=8$ cm y el ángulo comprendido $A=60^\circ$. Calcula la longitud del lado $a$.

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En un triángulo $ABC$, los lados miden $a=10$ cm, $b=12$ cm y el ángulo comprendido es $C=45^\circ$. Plantea el teorema del coseno para calcular el valor exacto del lado…

En un triángulo $ABC$, los lados miden $a=10$ cm, $b=12$ cm y el ángulo comprendido es $C=45^\circ$. Plantea el teorema del coseno para calcular el valor exacto del lado $c$.

C B A a = 10 b = 12 c = ? 45°
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Hallar un lado: dos lados y el ángulo comprendido

Si conoces dos lados y el ángulo que forman, el tercer lado sale sustituyendo en la fórmula.

Paralelogramo de lados 4 y 6 centímetros con ángulo obtuso de 120 grados; su diagonal mayor d une los dos vértices agudos. 120° 4 6 d

Cuando el dato es un ángulo central, el triángulo con dos radios es isósceles y el lado que buscas es la cuerda.

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Un paralelogramo tiene dos lados adyacentes que miden 4 cm y 6 cm. Si el ángulo comprendido entre ellos es de $120^\circ$, calcula la longitud de la diagonal mayor.

Un paralelogramo tiene dos lados adyacentes que miden 4 cm y 6 cm. Si el ángulo comprendido entre ellos es de $120^\circ$, calcula la longitud de la diagonal mayor.

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En un triángulo isósceles $ABC$, los lados $a$ y $b$ miden 6 cm cada uno, y el ángulo desigual $C=30^\circ$. Calcula el valor exacto del lado $c$ dejando el resultado…

En un triángulo isósceles $ABC$, los lados $a$ y $b$ miden 6 cm cada uno, y el ángulo desigual $C=30^\circ$. Calcula el valor exacto del lado $c$ dejando el resultado con radicales.

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En una circunferencia de 10 cm de radio, una cuerda subtiende un ángulo central de $100^\circ$. Calcula la longitud de la cuerda utilizando el teorema del coseno en el…

En una circunferencia de 10 cm de radio, una cuerda subtiende un ángulo central de $100^\circ$. Calcula la longitud de la cuerda utilizando el teorema del coseno en el triángulo formado por los radios y la cuerda.

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Hallar un ángulo: los tres lados

Si conoces los tres lados, despeja el coseno del ángulo que te interesa. El signo del resultado dice si el ángulo es agudo (positivo) u obtuso (negativo).

Triángulo de lados 3, 5 y 7 centímetros con el ángulo incógnita C opuesto al lado mayor. 7 3 5 C = ?
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En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados son $a=3$ cm, $b=5$ cm y $c=7$ cm. Calcula la amplitud del ángulo $C$.

En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados son $a=3$ cm, $b=5$ cm y $c=7$ cm. Calcula la amplitud del ángulo $C$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Determina la medida del ángulo $B$ en un triángulo cuyos lados son $a=7$ cm, $b=8$ cm y $c=9$ cm.

Determina la medida del ángulo $B$ en un triángulo cuyos lados son $a=7$ cm, $b=8$ cm y $c=9$ cm.

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Practica★★☆Sin empezar
Una cercha de techo triangular tiene lados de 5 m, 7 m y 9 m. Calcula el ángulo opuesto al lado más largo.

Una cercha de techo triangular tiene lados de 5 m, 7 m y 9 m. Calcula el ángulo opuesto al lado más largo.

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Distancias inaccesibles, rumbos y fuerzas

El teorema del coseno es la herramienta cuando dos distancias y el ángulo entre ellas se pueden medir, pero la distancia buscada no: topografía, navegación o composición de fuerzas.

Dos distancias medidas desde un punto C para calcular la distancia inaccesible entre A y B. 40° A B C 15 m 20 m AB = ?

Vuelve al principio: Ximena aplica $AB^2=a^2+b^2-2ab\cos C$ con las dos distancias medidas y el ángulo entre ellas, y obtiene el ancho del lago sin cruzarlo.

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Calcula la distancia entre dos puntos inaccesibles $A$ y $B$, sabiendo que desde un punto de observación $C$ se han medido las distancias $CA = 15$ m y $CB = 20$ m, y el…

Calcula la distancia entre dos puntos inaccesibles $A$ y $B$, sabiendo que desde un punto de observación $C$ se han medido las distancias $CA = 15$ m y $CB = 20$ m, y el ángulo visual $ACB$ es de $40^\circ$.

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Para medir la distancia a través de un lago entre los puntos $A$ y $B$, un topógrafo se sitúa en el punto $C$. Mide las distancias $CA = 125.5$ m y $CB = 180.2$ m, y el…

Para medir la distancia a través de un lago entre los puntos $A$ y $B$, un topógrafo se sitúa en el punto $C$. Mide las distancias $CA = 125.5$ m y $CB = 180.2$ m, y el ángulo $ACB = 75^\circ$. Calcula la distancia $AB$.

C B A 180.2 m 125.5 m d = ? 75°
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Practica★★☆Sin empezar
Dos aviones salen de un mismo aeropuerto al mismo tiempo. El avión A vuela a $800$ km/h con un rumbo de $040^\circ$ y el avión B vuela a $650$ km/h con un rumbo de…

Dos aviones salen de un mismo aeropuerto al mismo tiempo. El avión A vuela a $800$ km/h con un rumbo de $040^\circ$ y el avión B vuela a $650$ km/h con un rumbo de $115^\circ$. ¿Qué distancia en línea recta los separa después de 1.5 horas de vuelo?

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Problemas de mayor reto: ecuaciones

Aquí el teorema se combina con álgebra: plantear una ecuación con incógnita $x$ o resolver un sistema.

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En un triángulo, las longitudes de los lados son $x$, $x+2$ y $x+4$. Si el mayor de los ángulos mide $120^\circ$, plantea la ecuación correspondiente, determina el valor…

En un triángulo, las longitudes de los lados son $x$, $x+2$ y $x+4$. Si el mayor de los ángulos mide $120^\circ$, plantea la ecuación correspondiente, determina el valor de $x$ y las longitudes exactas de los tres lados.

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Si en un triángulo $ABC$ se cumple la relación algebraica $a^2 = b^2 + c^2 + \sqrt{2}bc$, determina la medida exacta del ángulo $A$ sin hacer uso de la calculadora.

Si en un triángulo $ABC$ se cumple la relación algebraica $a^2 = b^2 + c^2 + \sqrt{2}bc$, determina la medida exacta del ángulo $A$ sin hacer uso de la calculadora.

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Un triángulo tiene una base fija $c = 10$ cm y un perímetro constante $p = 26$ cm. Si el ángulo $C$ opuesto a la base mide $60^\circ$, plantea un sistema de ecuaciones y…

Un triángulo tiene una base fija $c = 10$ cm y un perímetro constante $p = 26$ cm. Si el ángulo $C$ opuesto a la base mide $60^\circ$, plantea un sistema de ecuaciones y halla las longitudes exactas de los otros dos lados $a$ y $b$.

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Medianas y cuadriláteros cíclicos

La mediana de un triángulo es el segmento que une un vértice con el punto medio del lado opuesto. Para calcularla se escribe el teorema del coseno en los dos triángulos en que la mediana divide al triángulo: los ángulos en el punto medio suman $180^\circ$, así que sus cosenos son opuestos y se cancelan al sumar.

Triángulo ABC con la mediana desde A hasta el punto medio M del lado BC, que lo divide en dos triángulos. B C A M a/2 a/2 m
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Las diagonales de un romboide miden 12 cm y 16 cm, y se cortan formando un ángulo de $65^\circ$. Calcula la longitud de los cuatro lados del romboide.

Las diagonales de un romboide miden 12 cm y 16 cm, y se cortan formando un ángulo de $65^\circ$. Calcula la longitud de los cuatro lados del romboide.

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Practica★★★Sin empezar
En un triángulo $ABC$, los lados miden $a=8$ cm, $b=10$ cm y $c=12$ cm. Calcula la longitud exacta de la mediana $m_a$ trazada desde el vértice $A$ hasta el punto medio…

En un triángulo $ABC$, los lados miden $a=8$ cm, $b=10$ cm y $c=12$ cm. Calcula la longitud exacta de la mediana $m_a$ trazada desde el vértice $A$ hasta el punto medio del lado $a$.

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Un cuadrilátero inscriptible (cíclico) $ABCD$ tiene lados de longitudes $AB=3$ cm, $BC=4$ cm, $CD=5$ cm y $DA=6$ cm. Teniendo en cuenta las propiedades de los ángulos…

Un cuadrilátero inscriptible (cíclico) $ABCD$ tiene lados de longitudes $AB=3$ cm, $BC=4$ cm, $CD=5$ cm y $DA=6$ cm. Teniendo en cuenta las propiedades de los ángulos opuestos en un cuadrilátero cíclico, plantea un sistema utilizando el teorema del coseno en los triángulos $ABC$ y $ADC$ para calcular la longitud exacta de la diagonal $AC$.

A B C D 3 4 5 6 x = ?
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Demostraciones: proyecciones y la fórmula despejada

Demostrar una identidad con lados y cosenos casi siempre se reduce a una idea: el teorema del coseno cambia $\cos C$ por una expresión con lados.

Si trazas la altura desde $C$ hasta el lado $c$, el pie $H$ divide a $c$ en dos partes. La parte $AH$ es la proyección del lado $b$ sobre $c$ y mide $b\cos A$. La parte $HB$ es la proyección de $a$ y mide $a\cos B$. Por eso $c=b\cos A+a\cos B$.

Triángulo ABC con la altura desde C que cae en H sobre AB; AH mide b cos A y HB mide a cos B. A B C H b cos A a cos B
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Demuestra algebraicamente que en cualquier triángulo $ABC$ se cumple la siguiente relación: $a^2 + b^2 + c^2 = 2(ab \cos C + bc \cos A + ca \cos B)$

Demuestra algebraicamente que en cualquier triángulo $ABC$ se cumple la siguiente relación:

$a^2 + b^2 + c^2 = 2(ab \cos C + bc \cos A + ca \cos B)$

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Circunferencias y sólidos

Dos circunferencias que se cortan forman con sus centros un triángulo: los lados son los dos radios y la distancia entre centros. La cuerda común es perpendicular a la línea de centros y mide el doble de la altura de ese triángulo.

Dos circunferencias que se cortan en P y Q; la cuerda común PQ es perpendicular a la línea de centros O1 O2. O₁ O₂ P Q

Para sólidos, el paso previo es encontrar un triángulo dentro del cuerpo. La diagonal de un prisma rectangular de aristas $a$, $b$, $c$ sale con Pitágoras dos veces: primero la diagonal de la base, $\sqrt{a^2+b^2}$, y luego la del sólido: $d=\sqrt{a^2+b^2+c^2}$. En un cubo de arista $a$ es $d=a\sqrt3$.

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Dos circunferencias de radios 5 cm y 8 cm se cortan en dos puntos. La distancia entre sus centros es de 10 cm. Calcula la longitud de la cuerda común a ambas…

Dos circunferencias de radios 5 cm y 8 cm se cortan en dos puntos. La distancia entre sus centros es de 10 cm. Calcula la longitud de la cuerda común a ambas circunferencias. (Sugerencia: Usa el teorema del coseno para hallar el ángulo central en el triángulo formado por los radios y la línea de centros, y a partir de ahí obtén la altura del triángulo).

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Calcula el ángulo agudo que forman dos diagonales principales de un cubo. Para ello, expresa la longitud de la diagonal en función de la arista $a$ y aplica el teorema…

Calcula el ángulo agudo que forman dos diagonales principales de un cubo. Para ello, expresa la longitud de la diagonal en función de la arista $a$ y aplica el teorema del coseno en el triángulo formado por las mitades de dos diagonales y una arista del cubo.

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Resumen

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