Volver a la portadaMatemáticas · Mat. Integradas III · Cambiar asignatura
Empezar gratis
Math III · Matemáticas
Trigonometría · Trigonometría

Fórmulas de la diferencia para seno, coseno y tangente

Las normas de seguridad dicen que una escalera se debe apoyar contra la pared con un ángulo de unos $75^\circ$. Con una escalera de 12 pies, la parte de arriba llega a $12\sin 75^\circ$ pies de altura en la pared, y la base queda a $12\cos 75^\circ$ pies de ella. La calculadora da decimales, pero $75^\circ$ no es uno de los ángulos que memorizaste ($30^\circ$, $45^\circ$, $60^\circ$). ¿Podemos obtener valores exactos de todos modos?

Las fórmulas de la diferencia

Ya conoces los valores exactos del seno y del coseno en los ángulos especiales. Las fórmulas de la diferencia los convierten en valores exactos para ángulos como $15^\circ$ y $75^\circ$. Casi no hay que memorizar nada nuevo, porque salen de las fórmulas de la suma cambiando un signo.

Empezamos con las fórmulas de la suma:

$$\sin(\alpha+\beta)=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta \qquad \cos(\alpha+\beta)=\cos\alpha\cos\beta-\sin\alpha\sin\beta$$

Una diferencia es una suma con un ángulo negativo: $\alpha-\beta=\alpha+(-\beta)$. El coseno es par, así que $\cos(-\beta)=\cos\beta$. El seno es impar, así que $\sin(-\beta)=-\sin\beta$. Al sustituir $-\beta$ en las fórmulas de la suma se obtienen las fórmulas de la diferencia.

Círculo unitario con dos rayos de ángulos alfa y beta desde el eje x positivo; el ángulo entre los rayos es alfa menos beta. α β α − β

Las fórmulas también funcionan al revés. Si ves una expresión con la forma del lado derecho, puedes reducirla a una sola función de un solo ángulo.

Practica★☆☆Sin empezar
Simplifique al máximo la siguiente expresión trigonométrica: $\cos(x) \cos(y) + \sin(x) \sin(y)$. A continuación, utilice el resultado simplificado para evaluar la…

Simplifique al máximo la siguiente expresión trigonométrica: $\cos(x) \cos(y) + \sin(x) \sin(y)$. A continuación, utilice el resultado simplificado para evaluar la expresión de forma exacta cuando $x = 75^\circ$ e $y = 15^\circ$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Evalúe de forma exacta, sin hacer uso de la calculadora, la siguiente expresión trigonométrica identificando a qué desarrollo corresponde:…

Evalúe de forma exacta, sin hacer uso de la calculadora, la siguiente expresión trigonométrica identificando a qué desarrollo corresponde:

$\sin(75^\circ) \cos(15^\circ) - \cos(75^\circ) \sin(15^\circ)$

Resolver

Ángulos complementarios y suplementarios

Cuando uno de los dos ángulos es $90^\circ$ o $180^\circ$, las fórmulas se reducen a identidades cortas que aparecen por todas partes. La razón es que $\sin$ y $\cos$ en $90^\circ$ y $180^\circ$ valen solo $0$, $1$ o $-1$.

Triángulo rectángulo con ángulos agudos x y 90 grados menos x; el lado opuesto a x es el lado adyacente a 90 grados menos x. x 90° − x a b c sin x = a/c = cos(90° − x)
Practica★☆☆Sin empezar
Simplifique la expresión $\sin(90^\circ - x)$ aplicando la fórmula del seno de la resta de dos ángulos y compruebe que equivale a una de las razones trigonométricas…

Simplifique la expresión $\sin(90^\circ - x)$ aplicando la fórmula del seno de la resta de dos ángulos y compruebe que equivale a una de las razones trigonométricas básicas del ángulo $x$.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Demuestre paso a paso que $\cos(180^\circ - \alpha) = -\cos \alpha$ utilizando la fórmula del coseno para la resta de ángulos.

Demuestre paso a paso que $\cos(180^\circ - \alpha) = -\cos \alpha$ utilizando la fórmula del coseno para la resta de ángulos.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Sabiendo que dos ángulos $\alpha$ y $\beta$ son complementarios ($\alpha + \beta = 90^\circ$), demuestre paso a paso que se cumple la identidad…

Sabiendo que dos ángulos $\alpha$ y $\beta$ son complementarios ($\alpha + \beta = 90^\circ$), demuestre paso a paso que se cumple la identidad $\sin(\alpha - \beta) = \cos(2\beta)$.

Resolver

Valores exactos para ángulos como $15^\circ$ y $75^\circ$

Para hallar un valor exacto, escribe el ángulo como una diferencia de dos ángulos especiales. Luego sustituye sus valores conocidos en la fórmula.

Dos ángulos no especiales escritos como diferencias de ángulos especiales: 15 grados es 45 menos 30, y 75 grados es 120 menos 45. 15° = 45° − 30° ambos están en el círculo unitario 75° = 120° − 45° 120° tiene ángulo de referencia 60°

Ten a mano estos valores:

Ángulo $\sin$ $\cos$ $\tan$
$30^\circ$ $\frac12$ $\frac{\sqrt3}{2}$ $\frac{\sqrt3}{3}$
$45^\circ$ $\frac{\sqrt2}{2}$ $\frac{\sqrt2}{2}$ $1$
$60^\circ$ $\frac{\sqrt3}{2}$ $\frac12$ $\sqrt3$

Los ángulos mayores que $90^\circ$ usan un ángulo de referencia. Para $120^\circ$, el ángulo de referencia es $60^\circ$, así que $\sin 120^\circ=\frac{\sqrt3}{2}$ y $\cos 120^\circ=-\frac12$ (el coseno es negativo en el Cuadrante II).

Practica★☆☆Sin empezar
Calcule el valor exacto de $\cos(15^\circ)$ sin utilizar la calculadora, aplicando la fórmula del coseno de la resta de dos ángulos y sabiendo que…

Calcule el valor exacto de $\cos(15^\circ)$ sin utilizar la calculadora, aplicando la fórmula del coseno de la resta de dos ángulos y sabiendo que $15^\circ = 45^\circ - 30^\circ$.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Halle el valor exacto de $\sin(15^\circ)$ expresando el ángulo como la diferencia $60^\circ - 45^\circ$ y aplicando la identidad correspondiente.

Halle el valor exacto de $\sin(15^\circ)$ expresando el ángulo como la diferencia $60^\circ - 45^\circ$ y aplicando la identidad correspondiente.

Resolver

La fórmula de la tangente de la diferencia

La fórmula de la tangente sale de dividir el seno entre el coseno:

$$\tan(\alpha-\beta)=\frac{\sin\alpha\cos\beta-\cos\alpha\sin\beta}{\cos\alpha\cos\beta+\sin\alpha\sin\beta}$$

Divide el numerador y el denominador entre $\cos\alpha\cos\beta$. Cada término se vuelve una tangente y se obtiene

$$\tan(\alpha-\beta)=\frac{\tan\alpha-\tan\beta}{1+\tan\alpha\tan\beta}.$$ Dos rectas por el origen con pendientes tan beta y tan alfa; el ángulo entre ellas es alfa menos beta. α − β pendiente tan α pendiente tan β
Practica★☆☆Sin empezar
Determine el valor exacto de $\tan(15^\circ)$ a partir de las tangentes de los ángulos notables $45^\circ$ y $30^\circ$. Racionalice el resultado si es necesario.

Determine el valor exacto de $\tan(15^\circ)$ a partir de las tangentes de los ángulos notables $45^\circ$ y $30^\circ$. Racionalice el resultado si es necesario.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Calcule el valor exacto de $\tan(105^\circ)$ utilizando la fórmula de la resta de ángulos, considerando que $105^\circ = 135^\circ - 30^\circ$.

Calcule el valor exacto de $\tan(105^\circ)$ utilizando la fórmula de la resta de ángulos, considerando que $105^\circ = 135^\circ - 30^\circ$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Demuestre analíticamente que $\tan(45^\circ - x) = \frac{1 - \tan x}{1 + \tan x}$. Utilice este resultado para encontrar el valor exacto de $\tan(15^\circ)$ sabiendo que…

Demuestre analíticamente que $\tan(45^\circ - x) = \frac{1 - \tan x}{1 + \tan x}$. Utilice este resultado para encontrar el valor exacto de $\tan(15^\circ)$ sabiendo que $\tan(30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{3}$.

Resolver

Usar razones dadas y cuadrantes

Muchos problemas te dan $\sin\alpha$ y $\cos\beta$, por ejemplo, y te piden $\sin(\alpha-\beta)$. La fórmula necesita los cuatro valores: $\sin\alpha$, $\cos\alpha$, $\sin\beta$, $\cos\beta$. El plan tiene tres pasos.

  1. Halla las razones que faltan con $\sin^2x+\cos^2x=1$ (o con un triángulo de referencia).

  2. Elige los signos según el cuadrante.

  3. Sustituye en la fórmula y simplifica.

La tabla de signos es: Cuadrante I, todas positivas. Cuadrante II, solo el seno es positivo. Cuadrante III, solo la tangente es positiva. Cuadrante IV, solo el coseno es positivo. Arrastra el punto y observa los signos de $x$ y $y$ (el coseno y el seno son $x$ y $y$ divididos entre la distancia al origen).

Practica★☆☆Sin empezar
Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{4}{5}$ y $\cos \beta = \frac{12}{13}$, y que tanto $\alpha$ como $\beta$ son ángulos del primer cuadrante, calcule el valor exacto de…

Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{4}{5}$ y $\cos \beta = \frac{12}{13}$, y que tanto $\alpha$ como $\beta$ son ángulos del primer cuadrante, calcule el valor exacto de $\sin(\alpha - \beta)$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Un rayo de luz atraviesa dos medios distintos con ángulos de refracción $\alpha$ y $\beta$. Si por las propiedades de los materiales sabemos que…

Un rayo de luz atraviesa dos medios distintos con ángulos de refracción $\alpha$ y $\beta$. Si por las propiedades de los materiales sabemos que $\cos \alpha = \frac{3}{5}$ (siendo $\alpha$ un ángulo del cuarto cuadrante) y $\sin \beta = \frac{5}{13}$ (siendo $\beta$ un ángulo del segundo cuadrante), determine el valor exacto de $\cos(\alpha - \beta)$.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
En un estudio de mercado, los ciclos de ventas estacionales de dos productos se modelan mediante funciones trigonométricas. La diferencia de fase que determina la…

En un estudio de mercado, los ciclos de ventas estacionales de dos productos se modelan mediante funciones trigonométricas. La diferencia de fase que determina la competencia directa está dada por el valor de $\cos(x - y)$. Si $\sin x = \frac{1}{3}$ y $\cos y = \frac{2}{5}$, con $x$ situado en el primer cuadrante e $y$ en el cuarto cuadrante, halle el valor exacto de $\cos(x - y)$.

Resolver

Aplicaciones: ángulos de elevación, fuerzas y pendientes

Una diferencia de dos ángulos aparece siempre que miras algo entre dos direcciones. Pasa con dos líneas de visión, con dos fuerzas medidas desde la horizontal o con dos rectas de distinta pendiente. El ángulo entre las dos direcciones es $\alpha-\beta$.

Un observador ve la base de un asta de bandera con ángulo de elevación beta y la punta con ángulo alfa; el asta está sobre un edificio de altura H a distancia horizontal d. β α d H (edificio) h (asta) tú

Con dos fuerzas pasa lo mismo. Si la fuerza 1 forma un ángulo $\alpha$ con la horizontal y la fuerza 2 forma un ángulo $\beta$, el ángulo entre las fuerzas es $\alpha-\beta$. Normalmente conoces el seno y el coseno de cada ángulo a partir de las componentes de las fuerzas.

Practica★★☆Sin empezar
En una simulación de navegación marítima, un barco debe ajustar su rumbo actual. El ángulo de corrección necesario viene dado por la expresión $\alpha - \beta$. Sabiendo…

En una simulación de navegación marítima, un barco debe ajustar su rumbo actual. El ángulo de corrección necesario viene dado por la expresión $\alpha - \beta$. Sabiendo que $\alpha$ y $\beta$ son ángulos agudos, con $\tan \alpha = 3$ y $\tan \beta = \frac{1}{2}$, calcule el valor exacto de $\tan(\alpha - \beta)$ y deduzca la amplitud del ángulo de corrección.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Dos fuerzas coplanarias se aplican sobre un objeto formando ángulos $\alpha$ y $\beta$ con la horizontal, respectivamente. Si $\sin \alpha = \frac{8}{17}$ y…

Dos fuerzas coplanarias se aplican sobre un objeto formando ángulos $\alpha$ y $\beta$ con la horizontal, respectivamente. Si $\sin \alpha = \frac{8}{17}$ y $\cos \beta = \frac{4}{5}$ (estando ambos ángulos en el primer cuadrante), calcule el seno del ángulo que forman entre sí ambas fuerzas, es decir, $\sin(\alpha - \beta)$.

F₂ F₁ β α α - β
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un topógrafo observa un acantilado de altura $H$ y, situado justo en el borde sobre él, un faro de altura $h$. Desde su posición a una distancia horizontal $d$, el…

Un topógrafo observa un acantilado de altura $H$ y, situado justo en el borde sobre él, un faro de altura $h$. Desde su posición a una distancia horizontal $d$, el ángulo de elevación hasta la base del faro es $\beta$ y hasta la cúpula del faro es $\alpha$. Exprese la tangente del ángulo bajo el cual se ve exclusivamente el faro, es decir $\tan(\alpha - \beta)$, en función únicamente de las distancias $H$, $h$ y $d$.

β α α - β H h d
Resolver

Simplificar y demostrar identidades

Para demostrar una identidad, trabaja en un solo lado hasta que se convierta en el otro. Empieza por el lado que tiene la suma o la diferencia de ángulos y desarróllalo. Los tres movimientos más comunes son:

  • desarrollar con las fórmulas de la suma y la diferencia,

  • dividir el numerador y el denominador entre un producto como $\cos a\cos b$ para crear tangentes,

  • reemplazar $\sin^2$ por $1-\cos^2$ (o al revés) cuando aparecen cuadrados.

Plan de tres pasos para demostrar una identidad: desarrollar con las fórmulas, simplificar y llegar al otro lado. 1. Desarrolla usa fórmulas → 2. Simplifica cancela, reemplaza → 3. Iguala otro lado ✓

Al sumar o restar una fórmula de la suma y una de la diferencia, algunos términos se cancelan. Esto es muy útil.

La versión con senos de esta última identidad es igual de útil. Convierte un producto de dos senos en una diferencia de cuadrados.

Practica★★☆Sin empezar
Simplifique la siguiente expresión algebraica trigonométrica y exprésela en función exclusivamente de las tangentes de los ángulos $a$ y $b$:…

Simplifique la siguiente expresión algebraica trigonométrica y exprésela en función exclusivamente de las tangentes de los ángulos $a$ y $b$:

$\frac{\sin(a - b)}{\cos a \cos b}$

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Demuestre la siguiente identidad trigonométrica combinando adecuadamente las fórmulas de la suma y la resta de ángulos para el seno y el coseno:…

Demuestre la siguiente identidad trigonométrica combinando adecuadamente las fórmulas de la suma y la resta de ángulos para el seno y el coseno:

$\frac{\cos(a - b) - \cos(a + b)}{\sin(a + b) + \sin(a - b)} = \tan b$

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Demuestre analíticamente que $\sin(\alpha - \beta) \cdot \sin(\alpha + \beta) = \sin^2 \alpha - \sin^2 \beta$. A continuación, utilice este resultado algebraico para…

Demuestre analíticamente que $\sin(\alpha - \beta) \cdot \sin(\alpha + \beta) = \sin^2 \alpha - \sin^2 \beta$. A continuación, utilice este resultado algebraico para calcular mentalmente el valor exacto de la expresión $\sin(75^\circ) \cdot \sin(15^\circ)$.

Resolver

Resolver ecuaciones trigonométricas

Las fórmulas de la diferencia ayudan en tres tipos de ecuaciones: un ángulo desplazado por una constante, sistemas con productos como $\sin x\cos y$ y ecuaciones donde una razón de tangentes lleva a una ecuación cuadrática.

Un ángulo desplazado

No desarrolles $\sin(x-20^\circ)$. Trata todo el ángulo como una sola incógnita, $u=x-20^\circ$, resuelve para $u$ y luego regresa el desplazamiento. Cuidado con el intervalo: si $0^\circ\le x<360^\circ$, entonces $u$ va desde $-20^\circ$ hasta (sin incluir) $340^\circ$.

Círculo unitario con la recta horizontal a altura un medio que corta la circunferencia en los ángulos 30 y 150 grados. u = 30° u = 150° y = 1/2

Un sistema de productos

Cuando ves $\sin x\cos y$ y $\cos x\sin y$ juntos, suma y resta las ecuaciones. La suma es $\sin(x+y)$ y la diferencia es $\sin(x-y)$. Luego enumera todos los ángulos que sirven y comprueba cada candidato en el sistema original.

Una ecuación cuadrática en la tangente

Practica★★★Sin empezar
Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica, encontrando todas las soluciones posibles para el intervalo $0^\circ \leq x < 360^\circ$:…

Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica, encontrando todas las soluciones posibles para el intervalo $0^\circ \leq x < 360^\circ$:

$\sin(x - 30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2}$

Resolver
Practica★★★Sin empezar
Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones trigonométricas sabiendo que tanto $x$ como $y$ son ángulos pertenecientes al primer cuadrante: $\sin x \cos y = \frac{3}{4}$…

Resuelva el siguiente sistema de ecuaciones trigonométricas sabiendo que tanto $x$ como $y$ son ángulos pertenecientes al primer cuadrante:

$\sin x \cos y = \frac{3}{4}$

$\cos x \sin y = \frac{1}{4}$

Sugerencia: Calcule en primer lugar el valor de $\sin(x - y)$ y $\sin(x + y)$ sumando y restando ambas ecuaciones.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
En el diseño de un brazo robótico, el ángulo de rotación de la articulación final depende de la resta de dos ángulos de control internos $\alpha$ y $\beta$. Si la…

En el diseño de un brazo robótico, el ángulo de rotación de la articulación final depende de la resta de dos ángulos de control internos $\alpha$ y $\beta$. Si la tangente del ángulo resultante es $\tan(\alpha - \beta) = 2$ y por restricciones mecánicas sabemos que $\tan \alpha = 3 \tan \beta$, determine los posibles valores exactos de $\tan \beta$.

Resolver

Combinar ondas: $A\sin(\theta+\varphi)$

La corriente de un enchufe de pared en EE. UU. es una onda seno que se repite 60 veces por segundo. Restar un ángulo dentro de un seno solo desliza la gráfica hacia un lado, así que la diferencia de dos ondas con la misma frecuencia es otra onda. Las fórmulas de la diferencia te permiten escribirla como una sola $A\sin(\theta+\varphi)$.

Gráficas de y = sin x y y = sin(x − π/3); la segunda es la primera desplazada π/3 a la derecha. desplazamiento π/3 y = sin x y = sin(x − π/3)

La misma idea de sumar y restar resuelve algunas ecuaciones. Al combinar $\cos(x-45^\circ)+\cos(x+45^\circ)$, los términos con $\sin x$ se cancelan.

Practica★★★Sin empezar
Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica, determinando todas las soluciones posibles en el intervalo $[0, 2\pi)$ radianes:…

Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica, determinando todas las soluciones posibles en el intervalo $[0, 2\pi)$ radianes:

$\cos(x - 45^\circ) + \cos(x + 45^\circ) = 1$

Resolver
Practica★★★Sin empezar
En un circuito de corriente alterna, la diferencia de potencial entre dos nodos viene dada por la superposición de dos señales desfasadas:…

En un circuito de corriente alterna, la diferencia de potencial entre dos nodos viene dada por la superposición de dos señales desfasadas: $V(t) = 10 \sin(\omega t) - 10 \sin(\omega t - \frac{\pi}{3})$. Utilice las fórmulas trigonométricas de la resta de ángulos para expresar la diferencia de potencial $V(t)$ en la forma simplificada $A \sin(\omega t + \phi)$, determinando los valores de $A$ y $\phi$.

Resolver

De regreso al inicio: Para la escalera, $\sin 75^\circ=\sin(120^\circ-45^\circ)=\dfrac{\sqrt3}{2}\cdot\dfrac{\sqrt2}{2}-\left(-\dfrac12\right)\dfrac{\sqrt2}{2}=\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}$. La parte de arriba de la escalera de 12 pies llega a $12\cdot\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}=3(\sqrt6+\sqrt2)\approx 11.6$ pies de altura en la pared. La base está a $3(\sqrt6-\sqrt2)\approx 3.1$ pies de la pared.

Resumen

Ver todos los ejercicios de este apartado