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Trigonometría · Trigonometría

Funciones trigonométricas recíprocas

Te conviene dominar: Propiedades de los radicales y racionalización (Álgebra 1)

Tu calculadora tiene teclas para $\sin$, $\cos$ y $\tan$, pero no para $\sec$, $\csc$ ni $\cot$. Entonces, ¿cómo encontrarías $\sec 60^\circ$? Estas tres razones "extra" son las de siempre, pero puestas de cabeza. Aparecen todo el tiempo al simplificar expresiones, resolver ecuaciones y modelar situaciones reales, como la luz que se desvía en un vidrio o una viga que da vuelta en una esquina. Responderemos la pregunta de la calculadora al final de la página.

Secante, cosecante y cotangente

Cada una de las tres razones nuevas es el recíproco de una que ya conoces. En un triángulo rectángulo, solo tienes que invertir la fracción.

Triángulo rectángulo con el ángulo alfa que muestra la hipotenusa, el cateto adyacente y el cateto opuesto, con las fórmulas de la secante, la cosecante y la cotangente α hipotenusa adyacente opuesto sec α = hip/ady csc α = hip/op cot α = ady/op
Practica★☆☆Sin empezar
Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ y que $\alpha$ es un ángulo del primer cuadrante, calcule 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, calcule el valor exacto de $\csc \alpha$ y $\sec \alpha$.

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Valores exactos de las razones recíprocas

No necesitas memorizar una tabla nueva. Toma los valores del seno, el coseno y la tangente de los triángulos especiales e inviértelos.

Un triángulo 30-60-90 con lados 1, raíz de 3 y 2, y un triángulo 45-45-90 con lados 1, 1 y raíz de 2 30°–60°–90° 30° 60° √3 1 2 45°–45°–90° 45° 1 1 √2

Lee cada razón en el triángulo e invierte la fracción. Por ejemplo, en el triángulo de $45^\circ$, $\sec 45^\circ = \dfrac{\text{hip}}{\text{ady}} = \dfrac{\sqrt2}{1} = \sqrt2$.

Para ángulos fuera del cuadrante I, encuentra el ángulo de referencia, toma el valor de la tabla y ponle el signo correcto (consulta la sección de signos más abajo).

Practica★☆☆Sin empezar
Determine el valor exacto de $\sec 60^\circ$ y $\cot 45^\circ$ sin utilizar la calculadora.

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

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Practica★☆☆Sin empezar
Calcule el valor exacto de $\cot \frac{\pi}{6}$ y $\csc \frac{\pi}{4}$.

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

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

Evalúe 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 los recíprocos

Ya conoces $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$. Dos identidades más se esconden dentro de ella. Mira un triángulo rectángulo cuyo cateto adyacente mide $1$. Su cateto opuesto es $\tan\alpha$ y su hipotenusa es $\sec\alpha$.

Triángulo rectángulo con cateto adyacente 1, cateto opuesto tan alfa e hipotenusa sec alfa, que ilustra que 1 más tan al cuadrado es igual a sec al cuadrado 1 tan α sec α 1 + tan²α = sec²α Teorema de Pitágoras en este triángulo

Por el teorema de Pitágoras, $1^2 + \tan^2\alpha = \sec^2\alpha$. Un triángulo semejante con cateto opuesto $1$ da la versión de la cotangente. Algebraicamente, divide $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$ entre $\cos^2\alpha$ o entre $\sin^2\alpha$.

Practica★☆☆Sin empezar
Si $\tan \beta = \frac{4}{3}$ y $0 < \beta < \frac{\pi}{2}$, utilice la relación fundamental $1 + \tan^2 \beta = \sec^2 \beta$ para calcular $\sec \beta$.

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

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

Sabiendo que $\cos \theta = \frac{1}{3}$, calcule 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 $\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2}$, calcule el valor exacto de las demás razones trigonométricas (seno, coseno, tangente,…

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

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Signos y cuadrantes

$\sec\alpha$ tiene el mismo signo que $\cos\alpha$. $\csc\alpha$ tiene el mismo signo que $\sin\alpha$. $\cot\alpha$ tiene el mismo signo que $\tan\alpha$. Un recíproco nunca cambia de signo, así que la tabla de signos que ya conoces sirve para las seis razones. Una regla mnemotécnica común en inglés es All Students Take Calculus: todas positivas en el cuadrante I (All), el seno (y la csc) en el II (Sine), la tangente (y la cot) en el III (Tangent) y el coseno (y la sec) en el IV (Cosine).

Círculo unitario dividido en cuatro cuadrantes que muestra cuáles de las seis razones trigonométricas son positivas en cada cuadrante I II III IV Todas positivas sin, csc positivas tan, cot positivas cos, sec positivas
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Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razone en qué cuadrante del círculo unitario se encuentra el ángulo $\gamma$.

Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razone en qué cuadrante del círculo unitario se encuentra el ángulo $\gamma$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determine el signo y el valor exacto de $\tan \alpha$ y $\csc \alpha$.

Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determine 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, calcule 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, calcule el valor exacto de la expresión $E = \frac{\sec x + \tan x}{\cot x}$.

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Simplificar expresiones

Cuando una expresión mezcla recíprocos, el camino más corto suele ser reescribir todo en términos de seno y coseno. Luego cancela, combina o factoriza.

Tarjeta de conversión: tangente, cotangente, secante y cosecante reescritas con seno y coseno sec x = 1 / cos x csc x = 1 / sin x tan x = sin x / cos x cot x = cos x / sin x
Practica★☆☆Sin empezar
Simplifique al máximo la siguiente expresión trigonométrica: $\cos x \cdot \sec x + \sin x \cdot \csc x$.

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

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

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

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Practica★★★Sin empezar
Simplifique la siguiente expresión trigonométrica y exprésela en función de una sola razón trigonométrica o constante numérica:…

Simplifique la siguiente expresión trigonométrica y exprésela 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 consiste en mostrar que un lado se puede transformar en el otro usando solo hechos conocidos (definiciones e identidades pitagóricas). Estas son las reglas básicas:

  • Empieza con el lado más complicado y avanza hacia el otro.

  • No sumes, restes ni multipliques ambos lados por algo. Eso supondría lo que quieres demostrar.

  • Convierte a seno y coseno, busca denominadores comunes, factoriza o multiplica por un conjugado.

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

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

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

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

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Identidades más difíciles: el truco del "1"

A veces un simple $1$ es la clave. Las identidades pitagóricas te permiten reemplazar un $1$ por algo más útil.

Tres formas de escribir el número 1 con identidades pitagóricas y dos productos de conjugados iguales a 1 1 = sin²x + cos²x 1 = sec²x − tan²x 1 = csc²x − cot²x (sec x − tan x)(sec x + tan x) = 1 (csc x − cot x)(csc x + cot x) = 1
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Demuestre la siguiente identidad trigonométrica: $\frac{\tan x + \sec x - 1}{\tan x - \sec x + 1} = \tan x + \sec x$.

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

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Practica★★★Sin empezar
Demuestre la siguiente identidad trigonométrica, indicando los pasos algebraicos necesarios:…

Demuestre 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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Resolver ecuaciones trigonométricas

Para resolver una ecuación con un recíproco, inviértela para obtener un seno, un coseno o una tangente. Luego usa el círculo unitario para encontrar todos los ángulos del intervalo.

Círculo unitario con la recta horizontal y igual a menos un medio que corta la circunferencia en los ángulos 7 pi sobre 6 y 11 pi sobre 6 7π/6 11π/6 y = −1/2
Practica★★☆Sin empezar
Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica indicando todas las soluciones en el intervalo $[0, 2\pi]$: $2\csc x + 4 = 0$.

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

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

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Ecuaciones mixtas y sistemas

Aparecen dos patrones más. Primero, una suma de un recíproco y una razón relacionada, como $\csc x + \cot x = k$. Segundo, un sistema en el que las incógnitas son los valores de las propias razones.

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

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

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Practica★★★Sin empezar
Resuelva 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}…

Resuelva 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

La secante y la cosecante describen de manera natural la longitud de segmentos inclinados: un cable, un rayo de luz, una escalera. Si la distancia horizontal es $d$ y el ángulo con el suelo es $\alpha$, entonces $\cos\alpha = \dfrac{d}{L}$, así que $L = d\sec\alpha$. Si el lado vertical es $h$, entonces $L = h\csc\alpha$.

Un reflector en el suelo que lanza un rayo de longitud L con ángulo alfa hasta la parte superior de una pared a 10 pies α L 10 ft pared reflector
Practica★★☆Sin empezar
Un foco ilumina una pared desde el suelo. La distancia horizontal del foco a la base de la pared es de $10$ pies. 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 $10$ pies. 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 $L$. Exprese $L$ usando la razón secante y calcule su valor exacto si $\cot \alpha = \frac{3}{4}$.

α 10 pies L
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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 $L = h \cdot \sec \theta_r$, donde $h = 5$ pulgadas 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 $n = \sqrt{2}$, calcule el valor exacto de la longitud $L$ recorrida por el láser dentro del bloque. (Dato: La ley de Snell establece que $\sin \theta_i = n \cdot \sin \theta_r$).

θi θr h
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Practica★★★Sin empezar
Un pasillo en forma de L tiene dos tramos de anchos $a = 2$ pies y $b = 3$ pies que se cruzan en ángulo recto. Una viga rígida de longitud $L$ se atasca al intentar…

Un pasillo en forma de L tiene dos tramos de anchos $a = 2$ pies y $b = 3$ pies 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 $L(\theta) = a \csc \theta + b \sec \theta$. Calcule el valor exacto de $L(\theta)$ cuando $\cot \theta = \sqrt[3]{\frac{a}{b}}$.

θ a b L
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De vuelta al principio: la pregunta de la calculadora tiene una respuesta fácil. Para encontrar $\sec 60^\circ$, presiona $1 \div \cos(60)$ y obtienes $2$. Para $\cot$, usa $1 \div \tan$, y para $\csc$, usa $1 \div \sin$.

Resumen

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