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ESO 4ºB · Matemáticas
Geometría y Trigonometría · Trigonometría de ángulos cualesquiera

Ángulos orientados y circunferencia goniométrica

Hasta ahora el seno, el coseno y la tangente solo tenían sentido para ángulos agudos, los que cabían dentro de un triángulo rectángulo. Pero un GPS necesita calcular el ángulo de una curva de $200º$, una noria da vueltas de $750º$ sin parar, y la pala de un aerogenerador pasa por arriba, por abajo y por los lados. Hace falta una definición que funcione para cualquier ángulo, por grande, pequeño o negativo que sea. Esa es la circunferencia goniométrica.

Ángulos de más de una vuelta, y ángulos negativos

Un ángulo no tiene por qué quedarse entre $0º$ y $360º$. Si algo gira y sigue girando, el ángulo recorrido puede ser $750º$, $2000º$ o más: cada $360º$ es una vuelta completa. Por convenio, los ángulos se miden desde el semieje positivo de $X$, y son positivos si el giro es antihorario y negativos si es horario.

750º = 2 vueltas + 30º −60º: igual que 300º
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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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La circunferencia goniométrica: seno y coseno como coordenadas

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

X Y α P (cos α, sen α) cos α sen α

Para un ángulo agudo, esta definición coincide exactamente con la del triángulo rectángulo: el radio de la circunferencia (la hipotenusa) mide $1$, así que cateto opuesto entre hipotenusa es, directamente, la ordenada de $P$.

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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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Los cuatro cuadrantes y el signo de las razones

La circunferencia goniométrica queda dividida por los ejes en cuatro cuadrantes, numerados en sentido antihorario desde el semieje positivo de $X$. El cuadrante en el que cae el lado terminal de $\alpha$ determina, sin necesidad de calcular nada, si $\sen\ \alpha$ y $\cos\ \alpha$ son positivos o negativos: basta con mirar el signo de la ordenada y la abscisa en esa zona.

I II III IV sen +, cos + sen +, cos − sen −, cos − sen −, cos +
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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 $P$.

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Ángulos mayores de 90º: el triángulo de referencia

¿Cómo se calcula, por ejemplo, $\sen\ 135º$ sin calculadora? La clave es el triángulo de referencia: el triángulo rectángulo que se forma entre el lado terminal, su proyección sobre el eje $X$ y el propio eje $X$. Ese triángulo tiene un ángulo agudo —el ángulo de referencia— cuyas razones coinciden, salvo el signo, con las del ángulo original.

135º 45º P
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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 $\cos \alpha$.

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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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¿Y si no existe la tangente?

La tangente se define como $\tg\ \alpha = \dfrac{\sen\ \alpha}{\cos\ \alpha}$. Como toda división, falla cuando el denominador es $0$: cuando $\cos\ \alpha = 0$, la tangente no existe. Eso pasa exactamente en $90º$ y en $270º$, los dos puntos donde el lado terminal cae sobre el eje $Y$.

90º: cos = 0 270º: cos = 0
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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.

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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?

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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.

  • $\sin(-40º) = \sin 40º$.

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Resumen

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