Ley del seno
Dos puestos de guardacostas sobre el Caribe, frente a Bluefields, detectan la señal de un barco en problemas, pero ninguno puede medir la distancia hasta él con una cinta. Solo pueden medir ángulos. Hasta ahora sabías resolver triángulos rectángulos; aquí el triángulo es cualquiera. La ley del seno es la herramienta que necesitas.
La ley del seno y la circunferencia circunscrita
En cualquier triángulo $ABC$, cada lado es proporcional al seno del ángulo opuesto. Además, esa razón constante es el diámetro de la circunferencia que pasa por los tres vértices (la circunscrita).
Se usa cuando conoces un lado y su ángulo opuesto, más otro dato. En esa razón completa, un lado y el seno de su ángulo opuesto, se apoya todo.
En un triángulo $ABC$, se conocen los ángulos $A = 45^\circ$ y $B = 60^\circ$, y la longitud del lado $a = 12$ cm. Calcula la longitud del lado $b$ utilizando el teorema…
En un triángulo $ABC$, se conocen los ángulos $A = 45^\circ$ y $B = 60^\circ$, y la longitud del lado $a = 12$ cm. Calcula la longitud del lado $b$ utilizando el teorema del seno.
En el triángulo $ABC$, se sabe que la longitud del lado $a$ es el doble que la del lado $b$ ($a = 2b$). Si $\sin A = 0.8$, halla el valor exacto de $\sin B$.
En el triángulo $ABC$, se sabe que la longitud del lado $a$ es el doble que la del lado $b$ ($a = 2b$). Si $\sin A = 0.8$, halla el valor exacto de $\sin B$.
En un triángulo $ABC$, se cumple la proporción $\frac{a}{\sin A} = 24$. Si la suma de los ángulos $A + B = 120^\circ$ y el lado $a = 12\sqrt{3}$ cm, determina la…
En un triángulo $ABC$, se cumple la proporción $\frac{a}{\sin A} = 24$. Si la suma de los ángulos $A + B = 120^\circ$ y el lado $a = 12\sqrt{3}$ cm, determina la longitud exacta del lado $c$.
Calcular un ángulo: el caso ambiguo
Cuando el dato que falta es un ángulo (te dan dos lados y un ángulo opuesto a uno de ellos), al despejar el seno puede haber dos soluciones: un ángulo agudo y su suplementario, porque $\sen(180^\circ-x)=\sen x$.
¿Cuándo hay cero, una o dos soluciones? Fijados $a$ (opuesto al ángulo $A$ agudo) y $A$, mira el lado $b$:
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Si $b\sen A > a$ (es decir, $\sen B>1$): no hay triángulo.
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Si $b\sen A = a$: un triángulo rectángulo.
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Si $a < b < \dfrac{a}{\sen A}$: dos triángulos.
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Si $b \le a$: un solo triángulo (la segunda solución sería obtusa y ya no cabe).
Determina si es posible construir un triángulo $ABC$ con los siguientes datos: $a = 8$ cm, $b = 14$ cm y $A = 45^\circ$. Justifica tu respuesta matemáticamente empleando…
Determina si es posible construir un triángulo $ABC$ con los siguientes datos: $a = 8$ cm, $b = 14$ cm y $A = 45^\circ$. Justifica tu respuesta matemáticamente empleando el teorema del seno.
En el triángulo $ABC$, se conocen los lados $a = 10$ cm, $b = 14$ cm y el ángulo $A = 30^\circ$. Calcula los dos posibles valores para el ángulo $B$ y las longitudes…
En el triángulo $ABC$, se conocen los lados $a = 10$ cm, $b = 14$ cm y el ángulo $A = 30^\circ$. Calcula los dos posibles valores para el ángulo $B$ y las longitudes correspondientes del lado $c$ para cada caso.
En la construcción de un triángulo $ABC$, se fijan el lado $a = 10$ cm y el ángulo $A = 45^\circ$. El lado $b$ tiene una longitud variable $x$ cm. Determina, de forma…
En la construcción de un triángulo $ABC$, se fijan el lado $a = 10$ cm y el ángulo $A = 45^\circ$. El lado $b$ tiene una longitud variable $x$ cm. Determina, de forma razonada, el intervalo estricto de valores reales de $x$ para los cuales existen exactamente dos triángulos distintos que cumplen estas condiciones simultáneamente.
Triangulación: distancias con dos ángulos
Volvamos a los guardacostas. En topografía y navegación se mide una sola distancia sobre el terreno y dos ángulos desde sus extremos; con eso se calcula la distancia inaccesible.
Cuando el problema trae ángulos de elevación, haz primero un dibujo y busca el triángulo (aunque no sea rectángulo) donde conoces un lado y sus ángulos. Para un ángulo exterior (por ejemplo, el de $D$ y $A$ en el teleférico), calcula los ángulos interiores restando de $180^\circ$.
Dos estaciones de guardacostas, $A$ y $B$, están separadas por una distancia de $50$ km a lo largo de una costa rectilínea. Un barco $S$ emite una señal de socorro. La…
Dos estaciones de guardacostas, $A$ y $B$, están separadas por una distancia de $50$ km a lo largo de una costa rectilínea. Un barco $S$ emite una señal de socorro. La estación $A$ detecta la señal formando un ángulo de $40^\circ$ con la línea de la costa, mientras que la estación $B$ la detecta con un ángulo de $65^\circ$. Calcula la distancia en línea recta desde cada estación hasta el barco.
Un teleférico asciende en línea recta desde una estación base $A$ hasta la cima $C$ de una montaña. Desde un punto $D$, situado $200$ m por detrás de $A$ en el mismo…
Un teleférico asciende en línea recta desde una estación base $A$ hasta la cima $C$ de una montaña. Desde un punto $D$, situado $200$ m por detrás de $A$ en el mismo plano horizontal, el ángulo de elevación hacia $C$ es de $22^\circ$. Desde la estación $A$, el ángulo de elevación hacia la cima es de $35^\circ$. Calcula la longitud del cable $AC$ del teleférico resolviendo el triángulo $ADC$.
Un avión vuela en línea recta a una altitud constante. Un observador estático en tierra lo divisa inicialmente con un ángulo de elevación de $30^\circ$. Exactamente $10$…
Un avión vuela en línea recta a una altitud constante. Un observador estático en tierra lo divisa inicialmente con un ángulo de elevación de $30^\circ$. Exactamente $10$ segundos después, el avión, que vuela directamente hacia la vertical del observador, es divisado con un ángulo de elevación de $45^\circ$. Si la velocidad constante del avión es de $600$ km/h, calcula la altitud a la que vuela resolviendo el triángulo formado por el observador y las dos posiciones del avión mediante el teorema del seno.
Área y polígonos regulares
El área de un triángulo es la mitad del producto de dos lados por el seno del ángulo comprendido entre ellos:
$$S = \tfrac12\, a\, b \sen C$$Si te dan un lado y los dos ángulos que lo rodean, primero hallas otro lado con la ley del seno y después aplicas esta fórmula.
Polígonos regulares. Un polígono regular de $n$ lados inscrito en una circunferencia de radio $R$ se divide, desde el centro, en $n$ triángulos isósceles con ángulo central $\frac{360^\circ}{n}$. Los otros dos ángulos son iguales y suman $180^\circ-\frac{360^\circ}{n}$, y el lado del polígono es opuesto al ángulo central: $\ell = \dfrac{R\sen(360^\circ/n)}{\sen\big(90^\circ-180^\circ/n\big)}$. También sirve el atajo $\ell = 2R\sen\frac{180^\circ}{n}$, que sale de aplicar el teorema del seno en ese triángulo.
Una parcela de terreno con forma triangular tiene dos ángulos que miden $60^\circ$ y $75^\circ$. El lado comprendido entre estos dos ángulos está delimitado por un muro…
Una parcela de terreno con forma triangular tiene dos ángulos que miden $60^\circ$ y $75^\circ$. El lado comprendido entre estos dos ángulos está delimitado por un muro recto que mide $120$ m. Calcula el área total de la parcela.
Calcula el perímetro de un heptágono regular (polígono de 7 lados) que está inscrito en una circunferencia de radio $R = 10$ cm. Utiliza el teorema del seno en los…
Calcula el perímetro de un heptágono regular (polígono de 7 lados) que está inscrito en una circunferencia de radio $R = 10$ cm. Utiliza el teorema del seno en los triángulos isósceles que se forman desde el centro del polígono.
Demostraciones con la ley del seno
Una idea sirve para casi todas: del teorema, $a=2R\sen A$, $b=2R\sen B$, $c=2R\sen C$. Así puedes reemplazar lados por senos (o al revés) en cualquier igualdad.
Otras pistas:
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Radio y área: $S=\tfrac12 ab\sen C$ y, por el teorema, $\sen C=\dfrac{c}{2R}$. Reemplaza y despeja $R$.
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Ángulo doble: si $A=2B$, $\dfrac{a}{\sen 2B}=\dfrac{b}{\sen B}$ y $\sen2B=2\sen B\cos B$. Simplifica $\sen B$.
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Bisectriz: en $ABD$ y en $ACD$ el ángulo en $A$ vale $\frac A2$. Aplica la ley del seno en cada uno y usa que los ángulos $\widehat{ADB}$ y $\widehat{ADC}$ son suplementarios, así que tienen el mismo seno.
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Identidad con diferencias: reemplaza $a,b,c$ por $2R\sen A$, etc., y usa $\sen A=\sen(B+C)$. Te va a aparecer $\sen(B+C)\sen(B-C)=\sen^2B-\sen^2C$; suma las tres expresiones cíclicas y se cancelan.
En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados $a$, $b$ y $c$ se encuentran en progresión aritmética, cumpliéndose la relación $2b = a + c$. Demuestra que los senos…
En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados $a$, $b$ y $c$ se encuentran en progresión aritmética, cumpliéndose la relación $2b = a + c$. Demuestra que los senos de los ángulos opuestos mantienen una relación análoga: $\sin A + \sin C = 2 \sin B$.
Demuestra que el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a un triángulo $ABC$ está directamente relacionado con el área del triángulo $S$ mediante la fórmula:…
Demuestra que el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a un triángulo $ABC$ está directamente relacionado con el área del triángulo $S$ mediante la fórmula:
$R = \frac{a \times b \times c}{4S}$
(Pista: Expresa el área del triángulo usando el seno de uno de sus ángulos y combínalo con el teorema del seno).
En un triángulo $ABC$, la bisectriz interior del ángulo $A$ corta al lado opuesto $BC$ en el punto $D$. Aplica el teorema del seno en los triángulos $ABD$ y $ACD$ para…
En un triángulo $ABC$, la bisectriz interior del ángulo $A$ corta al lado opuesto $BC$ en el punto $D$. Aplica el teorema del seno en los triángulos $ABD$ y $ACD$ para demostrar formalmente el teorema de la bisectriz, es decir, que se cumple la proporción:
$\frac{BD}{DC} = \frac{c}{b}$
Vuelve al principio: los guardacostas miden los ángulos y la distancia entre sus puestos, completan el tercer ángulo y la ley del seno les da la distancia al barco (en el ejemplo, unos $46.9$ km desde $A$).