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Algebra 2 · Matemáticas
Trigonometría · Trigonometría

Resolución de triángulos rectángulos

Te conviene dominar: Triángulos rectángulos (Geometría)
Te conviene dominar: Sistemas de ecuaciones lineales (Álgebra 1)

Marcus quiere saber qué altura tiene el asta de la bandera que está frente a su escuela, y no piensa subirse a ella. Se para a 30 ft de la base, apunta la aplicación de clinómetro de su celular a la punta del asta y lee $52^\circ$. ¿Pueden ese ángulo y esa distancia darle la altura? Al terminar esta página verás que sí.

Resolver un triángulo rectángulo

Resolver un triángulo significa hallar todos sus lados y todos sus ángulos. En un triángulo rectángulo ya conoces un ángulo ($90^\circ$), así que solo necesitas dos datos más: dos lados, o un lado y un ángulo agudo.

Triángulo rectángulo con un ángulo agudo theta, que muestra la hipotenusa, el cateto opuesto a theta y el cateto adyacente a theta. θ hipotenusa opuesto adyacente

En el plano cartesiano, un segmento horizontal o vertical tiene una longitud igual a la diferencia de coordenadas. Toma $A(0, 0)$, $B(12, 0)$, $C(12, 5)$. Los catetos son $AB=12$ y $BC=5$, así que $AC=\sqrt{12^2+5^2}=13$. En el vértice $A$: $\sin A=\dfrac{5}{13}$, $\cos A=\dfrac{12}{13}$, $\tan A=\dfrac{5}{12}$.

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Un triángulo rectángulo tiene catetos que miden $5$ pulgadas y $12$ pulgadas. Calcula la longitud de la hipotenusa y la medida en grados de sus dos ángulos agudos.

Un triángulo rectángulo tiene catetos que miden $5$ pulgadas y $12$ pulgadas. Calcula la longitud de la hipotenusa y la medida en grados de sus dos ángulos agudos.

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Una escalera de $4$ pies de longitud está apoyada contra un muro vertical. Si la base de la escalera se encuentra a $1.2$ pies de la pared, determina el ángulo que forma…

Una escalera de $4$ pies de longitud está apoyada contra un muro vertical. Si la base de la escalera se encuentra a $1.2$ pies de la pared, determina el ángulo que forma la escalera con el suelo horizontal y la altura que alcanza su extremo superior sobre el muro.

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Los puntos $A(0,0)$, $B(8,0)$ y $C(8,6)$ forman un triángulo rectángulo en el plano cartesiano. Calcula las razones trigonométricas (seno, coseno y tangente) del ángulo…

Los puntos $A(0,0)$, $B(8,0)$ y $C(8,6)$ forman un triángulo rectángulo en el plano cartesiano. Calcula las razones trigonométricas (seno, coseno y tangente) del ángulo situado en el vértice $A$.

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Ángulo de elevación

Observador en el suelo que mira hacia la punta de un poste vertical; el ángulo de elevación se mide desde la línea horizontal del suelo. 52° línea de visión h 30 ft
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Un obelisco proyecta una sombra de $15$ pies de largo en el suelo horizontal en el momento en que los rayos del sol forman un ángulo de $42^\circ$ con la horizontal.…

Un obelisco proyecta una sombra de $15$ pies de largo en el suelo horizontal en el momento en que los rayos del sol forman un ángulo de $42^\circ$ con la horizontal. Calcula la altura del obelisco.

15 pies 42° h = ?
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Un niño vuela una cometa que está sujeta por un hilo de $45$ pies de longitud, el cual se mantiene completamente tenso. Si el hilo forma un ángulo de $55^\circ$ con el…

Un niño vuela una cometa que está sujeta por un hilo de $45$ pies de longitud, el cual se mantiene completamente tenso. Si el hilo forma un ángulo de $55^\circ$ con el suelo horizontal, ¿a qué altura se encuentra la cometa? (Asume que el niño sostiene el hilo a ras de suelo).

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Dos chimeneas industriales verticales de $20$ pies y $35$ pies de altura están construidas sobre un terreno llano. Desde el punto medio del segmento rectilíneo que une…

Dos chimeneas industriales verticales de $20$ pies y $35$ pies de altura están construidas sobre un terreno llano. Desde el punto medio del segmento rectilíneo que une sus bases, se observa la cima de la primera chimenea con un ángulo de elevación de $35^\circ$. ¿Con qué ángulo de elevación se observará la cima de la segunda chimenea desde ese mismo punto medio?

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Ángulo de depresión

Observador en un punto alto que mira hacia un objeto; el ángulo de depresión se mide debajo de una línea horizontal discontinua y es igual al ángulo en el objeto. ángulo de depresión ángulo igual h distancia d

La línea horizontal discontinua y el suelo son paralelos, así que el ángulo de depresión es igual al ángulo de elevación desde el objeto hasta el observador (ángulos alternos internos). Eso significa que la altura es el lado opuesto al ángulo en el objeto.

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Desde la linterna de un faro, situada a $45$ pies sobre el nivel del mar, se observan dos barcos que navegan alineados con la base del faro. El ángulo de depresión bajo…

Desde la linterna de un faro, situada a $45$ pies sobre el nivel del mar, se observan dos barcos que navegan alineados con la base del faro. El ángulo de depresión bajo el cual se ve el barco más cercano es de $34^\circ$, y el del barco más lejano es de $18^\circ$. Calcula la distancia exacta que separa a ambos barcos.

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Dos puntos de observación: sistemas y valores exactos

A veces no puedes medir la distancia hasta la base. La solución es tomar dos lecturas de ángulo y escribir dos ecuaciones que compartan la misma altura $h$.

Dos puntos de observación A y B en el suelo, a 40 pies de distancia y alineados con la base de una torre vertical, con líneas de visión hacia la punta. A B 40 ft 30° 50° x h

Cuando los ángulos son $30^\circ$, $45^\circ$ o $60^\circ$, puedes conservar valores exactos con radicales:

$\theta$ $\sin\theta$ $\cos\theta$ $\tan\theta$
$30^\circ$ $\dfrac12$ $\dfrac{\sqrt3}{2}$ $\dfrac{\sqrt3}{3}$
$45^\circ$ $\dfrac{\sqrt2}{2}$ $\dfrac{\sqrt2}{2}$ $1$
$60^\circ$ $\dfrac{\sqrt3}{2}$ $\dfrac12$ $\sqrt3$
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Desde un punto en el suelo se observa la barquilla de un aerogenerador con un ángulo de elevación de $32^\circ$. Al avanzar $25$ pies en línea recta hacia la base del…

Desde un punto en el suelo se observa la barquilla de un aerogenerador con un ángulo de elevación de $32^\circ$. Al avanzar $25$ pies en línea recta hacia la base del poste, el nuevo ángulo de elevación es de $50^\circ$. Plantea un sistema de ecuaciones trigonométricas y calcula la altura del aerogenerador.

h A B 25 pies x 32° 50°
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Sobre la azotea plana de un edificio se encuentra instalada una antena de telecomunicaciones. Desde un punto en el suelo, situado a $45$ pies de la base del edificio, un…

Sobre la azotea plana de un edificio se encuentra instalada una antena de telecomunicaciones. Desde un punto en el suelo, situado a $45$ pies de la base del edificio, un topógrafo observa la base de la antena con un ángulo de elevación de $38^\circ$ y la punta superior de la antena con un ángulo de elevación de $46^\circ$. Calcula la altura del edificio y la longitud exacta de la antena.

H h 45 pies 38° 46°
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Dos observadores, $A$ y $B$, se encuentran separados por una distancia de $300$ pies en una llanura horizontal. Ambos miran hacia un dron estático que se encuentra…

Dos observadores, $A$ y $B$, se encuentran separados por una distancia de $300$ pies en una llanura horizontal. Ambos miran hacia un dron estático que se encuentra exactamente en el plano vertical que pasa por la línea recta que los une, y situado espacialmente entre ellos. El observador $A$ ve el dron con un ángulo de elevación de $60^\circ$ y el observador $B$ lo ve con un ángulo de $45^\circ$. Calcula la altura exacta a la que vuela el dron, expresando el resultado con radicales.

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Triángulos isósceles, rectángulos y rombos

Muchas figuras esconden triángulos rectángulos. Corta la figura para que aparezcan.

Triángulo isósceles dividido por su altura en dos triángulos rectángulos congruentes, con lados iguales s, la mitad de la base b sobre 2 y la mitad del ángulo del vértice. s b/2 b/2 θ/2
  • Triángulo isósceles: la altura hacia la base lo divide en dos triángulos rectángulos congruentes. Divide a la mitad el ángulo del vértice y divide a la mitad la base.

  • Rectángulo: una diagonal es la hipotenusa de un triángulo rectángulo cuyos catetos son el ancho y el alto.

  • Rombo: las diagonales son perpendiculares y se cortan por la mitad, así que aparecen cuatro triángulos rectángulos congruentes. Cada lado es una hipotenusa, y los ángulos con las diagonales son mitades de los ángulos del rombo.

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Un triángulo isósceles tiene dos lados iguales que miden $14$ pulgadas cada uno, y el ángulo desigual (el comprendido entre ellos) mide $40^\circ$. Trazando la altura…

Un triángulo isósceles tiene dos lados iguales que miden $14$ pulgadas cada uno, y el ángulo desigual (el comprendido entre ellos) mide $40^\circ$. Trazando la altura correspondiente a la base para dividirlo en dos triángulos rectángulos, calcula la longitud de dicha base.

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En una pantalla de computadora de formato rectangular, la diagonal mide $60$ pulgadas y forma un ángulo de $29^\circ$ con la base inferior del marco. Calcula el ancho y…

En una pantalla de computadora de formato rectangular, la diagonal mide $60$ pulgadas y forma un ángulo de $29^\circ$ con la base inferior del marco. Calcula el ancho y la altura de la pantalla.

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Las diagonales de un rombo miden $24$ pulgadas y $10$ pulgadas. Sabiendo que las diagonales de un rombo se cortan perpendicularmente en su punto medio, calcula la medida…

Las diagonales de un rombo miden $24$ pulgadas y $10$ pulgadas. Sabiendo que las diagonales de un rombo se cortan perpendicularmente en su punto medio, calcula la medida de los lados del rombo y la amplitud de sus cuatro ángulos interiores.

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Polígonos regulares y círculos

Un polígono regular inscrito en un círculo se divide en $n$ triángulos isósceles congruentes. Cada uno tiene su vértice en el centro, con ángulo central $\dfrac{360^\circ}{n}$, y dos lados iguales al radio $r$. Dibuja la altura de uno de ellos (la apotema $a$) para obtener triángulos rectángulos.

Pentágono regular inscrito en un círculo con centro O, que muestra un radio r, un lado s y la apotema a trazada hasta el punto medio de un lado. r r s a O

Rectas tangentes. Una tangente a un círculo es perpendicular al radio en el punto de tangencia. Así, desde un punto exterior $P$, el segmento al centro $O$ y los dos segmentos tangentes forman triángulos rectángulos, y $PO$ biseca el ángulo entre las tangentes.

Círculos que se cortan. La recta que pasa por los dos centros es la mediatriz de la cuerda común. Así, la mitad de la cuerda es un cateto de dos triángulos rectángulos, uno en cada círculo, con los radios como hipotenusas. Las rectas tangentes en un punto de intersección son perpendiculares a los radios, así que el ángulo entre las tangentes es igual al ángulo entre los radios (o a su suplemento).

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Calcula el área y el perímetro de un hexágono regular que está inscrito en una circunferencia de $12$ pulgadas de radio. (Recuerda dividir el polígono en triángulos para…

Calcula el área y el perímetro de un hexágono regular que está inscrito en una circunferencia de $12$ pulgadas de radio. (Recuerda dividir el polígono en triángulos para usar trigonometría).

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Desde un punto $P$ exterior a una circunferencia de radio $8$ pulgadas se trazan las dos rectas tangentes a la misma. Si la distancia desde el punto $P$ hasta el centro…

Desde un punto $P$ exterior a una circunferencia de radio $8$ pulgadas se trazan las dos rectas tangentes a la misma. Si la distancia desde el punto $P$ hasta el centro de la circunferencia es de $17$ pulgadas, calcula el ángulo total que forman entre sí las dos rectas tangentes.

O P 17 pulgadas 8 ?
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Dos circunferencias secantes tienen radios de $10$ pulgadas y $17$ pulgadas. La longitud de la cuerda común a ambas circunferencias es de $16$ pulgadas y los centros…

Dos circunferencias secantes tienen radios de $10$ pulgadas y $17$ pulgadas. La longitud de la cuerda común a ambas circunferencias es de $16$ pulgadas y los centros quedan a lados opuestos de dicha cuerda. Calcula la distancia que separa los centros de las dos circunferencias y determina el ángulo que forman entre sí sus respectivas rectas tangentes en uno de los puntos de intersección.

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Pendientes porcentuales, rampas y proyecciones

Las carreteras y las rampas se describen con una pendiente porcentual (grade).

Carretera modelada como un triángulo rectángulo: avance horizontal, elevación vertical y la superficie inclinada, con el ángulo de inclinación en el extremo inferior. La pendiente se dibuja más empinada que una real para ver bien el ángulo. α superficie avance (horizontal) elevación
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Una rampa recta de acceso para sillas de ruedas tiene una longitud de $6$ pies y salva un desnivel vertical de $0.45$ pies. Determina el ángulo de inclinación de la…

Una rampa recta de acceso para sillas de ruedas tiene una longitud de $6$ pies y salva un desnivel vertical de $0.45$ pies. Determina el ángulo de inclinación de la rampa respecto a la horizontal.

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Practica★★☆Sin empezar
Una señal de tránsito advierte de una pendiente prolongada del $15\%$. Esto indica que por cada $100$ pies que se avanza en la proyección horizontal, se ascienden $15$…

Una señal de tránsito advierte de una pendiente prolongada del $15\%$. Esto indica que por cada $100$ pies que se avanza en la proyección horizontal, se ascienden $15$ pies en la vertical. Calcula el ángulo de inclinación de la carretera y la distancia real que recorrerá un vehículo sobre el asfalto si avanza $600$ pies en la proyección horizontal.

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Practica★★☆Sin empezar
Un panel solar rectangular de $2.5$ pies de largo está inclinado $35^\circ$ respecto a la horizontal de un techo plano. Calcula la longitud de la sombra que proyecta el…

Un panel solar rectangular de $2.5$ pies de largo está inclinado $35^\circ$ respecto a la horizontal de un techo plano. Calcula la longitud de la sombra que proyecta el panel sobre el techo cuando los rayos del sol inciden de forma completamente perpendicular al plano del techo.

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Planteamiento de ecuaciones con una incógnita

En problemas más difíciles, la incógnita no es un número que puedas sustituir, sino una letra que debes despejar. Nombra la incógnita, escribe una relación para cada dato (teorema de Pitágoras, una razón trigonométrica o triángulos semejantes) y resuelve.

Poste vertical con dos rayos de sol que llegan a su punta, a 45 grados y a 60 grados; la sombra se acorta cuando el sol sube. 45° 60° h la sombra se acorta 8 ft
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En un triángulo rectángulo, la longitud de un cateto es $x$ pulgadas, la del otro cateto es $(x+7)$ pulgadas y la hipotenusa mide $(x+14)$ pulgadas. Plantea y resuelve…

En un triángulo rectángulo, la longitud de un cateto es $x$ pulgadas, la del otro cateto es $(x+7)$ pulgadas y la hipotenusa mide $(x+14)$ pulgadas. Plantea y resuelve la ecuación correspondiente para determinar el valor de $x$. A continuación, calcula el valor exacto (en forma de fracción irreducible) del seno y el coseno del ángulo de menor amplitud del triángulo.

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Practica★★★Sin empezar
En un triángulo isósceles cuya base mide $12$ pulgadas y cuya altura sobre dicha base es de $18$ pulgadas, se inscribe un rectángulo de manera que uno de sus lados…

En un triángulo isósceles cuya base mide $12$ pulgadas y cuya altura sobre dicha base es de $18$ pulgadas, se inscribe un rectángulo de manera que uno de sus lados descansa sobre la base del triángulo y los otros dos vértices tocan los lados iguales. Si las diagonales de dicho rectángulo se cortan formando un ángulo de $60^\circ$ (siendo este el ángulo que abarca la base del rectángulo), plantea el sistema trigonométrico y geométrico necesario para calcular las dimensiones exactas de dicho rectángulo.

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Practica★★★Sin empezar
Un poste vertical proyecta una sombra en un terreno llano. En un momento de la mañana, cuando la elevación del sol es de $\alpha = 30^\circ$, la sombra mide $L$ pies. Un…

Un poste vertical proyecta una sombra en un terreno llano. En un momento de la mañana, cuando la elevación del sol es de $\alpha = 30^\circ$, la sombra mide $L$ pies. Un par de horas más tarde, cuando la elevación del sol ha aumentado a $\beta = 45^\circ$, se comprueba que la sombra se ha acortado exactamente $10$ pies. Plantea un sistema de ecuaciones y calcula la altura exacta del poste expresada con radicales.

Resolver

Rumbos y demostraciones a partir de las definiciones

Objetos en movimiento. Distancia $=$ tasa $\times$ tiempo. Los barcos con rumbos perpendiculares forman los dos catetos de un triángulo rectángulo, y puedes hallar direcciones con la tangente inversa. Un ángulo "respecto al norte" se mide desde la línea norte hacia el objeto.

Demostraciones. Para demostrar una identidad, no uses calculadora ni números. Escribe la longitud de cada lado con una definición ($\sin$, $\cos$ o $\tan$) y luego manipula los símbolos.

Triángulo rectángulo para una rampa: longitud de la rampa l a lo largo de la hipotenusa, base b en el suelo, altura vertical h y el ángulo alfa al pie de la rampa. α ℓ (rampa) b h

Para la suma $b+\ell$ sigues los mismos pasos: solo suma en lugar de restar.

Practica★★★Sin empezar
Se desea construir una rampa recta para salvar un desnivel vertical de altura $h$. Si el ángulo de inclinación de la rampa respecto a la horizontal es $\alpha$,…

Se desea construir una rampa recta para salvar un desnivel vertical de altura $h$. Si el ángulo de inclinación de la rampa respecto a la horizontal es $\alpha$, demuestra utilizando las definiciones de las razones trigonométricas que la suma de la longitud de la base de la rampa (su proyección horizontal) más la longitud de la rampa misma es igual a $h \cdot \frac{1 + \cos(\alpha)}{\sin(\alpha)}$.

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Practica★★★Sin empezar
Un guardacostas detecta que un barco $A$ navega en línea recta hacia el este a una velocidad constante de $20$ nudos, y un barco $B$ navega hacia el norte a $15$ nudos.…

Un guardacostas detecta que un barco $A$ navega en línea recta hacia el este a una velocidad constante de $20$ nudos, y un barco $B$ navega hacia el norte a $15$ nudos. En un instante determinado ($t=0$), ambos barcos se encuentran exactamente en el mismo punto, donde se cruzan sus trayectorias. ¿Bajo qué ángulo respecto a la dirección norte observará el capitán del barco $A$ al barco $B$ exactamente $2$ horas después de haberse cruzado?

Resolver

Volvamos con Marcus: los 30 ft hasta el asta son el lado adyacente y la altura es el lado opuesto, así que $h=30\tan52^\circ\approx 38.4$ ft (más la altura de su celular sobre el suelo).

Resumen

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