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Razones trigonométricas recíprocas

Te conviene dominar: Reducción al primer cuadrante e identidad fundamental (3° de secundaria)
Te conviene dominar: Propiedades de los radicales y racionalización (1er año de preparatoria (semestres 1 y 2))

En la azotea de un edificio de la CDMX se instala una antena y un cable tensado la sujeta al piso. Si conoces la altura de la antena y el ángulo del cable, ¿cómo obtienes la longitud del cable sin dividir cada vez entre un seno? Las razones recíprocas son justo eso: fracciones invertidas que acortan cuentas, simplifican expresiones y aparecen en la óptica y en la ingeniería. Al final de la página resolverás ese cable.

Tres razones nuevas: secante, cosecante y cotangente

Ya conoces seno, coseno y tangente. Cada una tiene una «pareja» que es su inverso multiplicativo.

Circunferencia unitaria con un ángulo en el primer cuadrante y las proyecciones del coseno sobre el eje horizontal y del seno sobre el eje vertical P(cos α, sen α) cos α sen α

En el triángulo rectángulo: $\sec\alpha=\dfrac{\text{hipotenusa}}{\text{cateto adyacente}}$, $\csc\alpha=\dfrac{\text{hipotenusa}}{\text{cateto opuesto}}$ y $\cot\alpha=\dfrac{\text{adyacente}}{\text{opuesto}}$.

Para el primer ejercicio necesitas $\csc\alpha=\dfrac{1}{\operatorname{sen}\alpha}$ y obtener $\cos\alpha$ con el triángulo 3-4-5.

Practica★☆☆Sin empezar
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 notables y reducción al primer cuadrante

Los valores notables salen de invertir los de seno, coseno y tangente que ya conoces.

Esquema que empareja cada razón con su recíproca: coseno con secante y tangente con cotangente cos α sec α = 1/cos α tan α cot α = 1/tan α

Para ángulos de otros cuadrantes usas el ángulo de referencia: calculas con el ángulo agudo equivalente y el signo lo decide el cuadrante.

Practica★☆☆Sin empezar
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.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★★☆Sin empezar
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 con las recíprocas

La identidad fundamental $\operatorname{sen}^2\alpha+\cos^2\alpha=1$ tiene dos versiones que se obtienen dividiéndola entre $\cos^2\alpha$ o entre $\operatorname{sen}^2\alpha$.

Deducción de las identidades con secante y cosecante al dividir la identidad fundamental entre coseno cuadrado y entre seno cuadrado sen²α + cos²α = 1 ÷ cos²α → 1 + tan²α = sec²α ÷ sen²α → 1 + cot²α = csc²α
Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★★☆Sin empezar
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 $\operatorname{sen}\alpha$; y $\cot\alpha$, el de $\tan\alpha$. La tabla de signos que ya conoces sirve igual.

Los cuatro cuadrantes con los signos de secante, cosecante y cotangente en cada uno I: sec+ csc+ cot+ II: sec− csc+ cot− III: sec− csc− cot+ IV: sec+ csc− cot−

Compara el seno con la cosecante en la gráfica: donde el seno vale $0$, la cosecante no existe, y donde el seno es $1$ o $-1$, ambas coinciden.

Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★★☆Sin empezar
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 expresiones

La estrategia más segura es pasar todo a seno y coseno: así se cancelan factores. Después, si conviene, vuelves a escribir el resultado con una recíproca.

Estrategia: convertir secantes, cosecantes y cotangentes a senos y cosenos, simplificar y, si hace falta, volver a recíprocas sec, csc, cot sen y cos simplifica y, si hace falta, regresa a recíprocas
Practica★☆☆Sin empezar
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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Practica★★★Sin empezar
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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Demostrar identidades

Demostrar una identidad es mostrar que dos expresiones son iguales para todo ángulo donde están definidas. Las reglas del juego:

  • Trabaja un solo lado (normalmente el más complicado) hasta llegar al otro. No pases términos de un lado a otro.

  • Pasa todo a seno y coseno, o usa una identidad pitagórica.

  • Si hay una suma o resta en el denominador, multiplica por su conjugado.

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

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

Resolver
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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Un truco: $\csc\alpha\pm\cot\alpha$

Del mismo modo que $\sec^2\alpha-\tan^2\alpha=1$, de $1+\cot^2\alpha=\csc^2\alpha$ sale $\csc^2\alpha-\cot^2\alpha=1$.

Esto sirve para demostrar identidades con cocientes y también para resolver ecuaciones: si conoces $\csc x+\cot x=k$, entonces $\csc x-\cot x=\dfrac1k$, y al sumar y restar obtienes cada razón por separado.

Practica★★★Sin empezar
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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Practica★★★Sin empezar
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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Ecuaciones con recíprocas

Para resolver una ecuación: (1) despeja la razón, (2) pásala a seno, coseno o tangente si hace falta, (3) busca todos los ángulos del intervalo con el ángulo de referencia y el cuadrante.

Practica★★☆Sin empezar
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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Practica★★★Sin empezar
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 $[0^\circ, 360^\circ)$.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
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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Aplicaciones: cables, rayos y vigas

Cuando el dato conocido es un cateto y buscas la hipotenusa, la secante y la cosecante te dan la longitud con una sola multiplicación: $L=\text{cateto}\cdot\sec\alpha$ si el cateto es adyacente, y $L=\text{cateto}\cdot\csc\alpha$ si es opuesto.

Triángulo rectángulo formado por el piso, una antena vertical y un cable tensado que forma un ángulo alfa con el piso distancia horizontal d cable L α antena

Vuelve al principio: el cable de la antena mide «altura$\cdot\csc\alpha$» o «distancia$\cdot\sec\alpha$», según el cateto que conozcas. Con un solo producto obtienes su longitud, sin dividir entre un seno o un coseno.

Practica★★☆Sin empezar
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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Practica★★★Sin empezar
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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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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Resumen

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