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Funciones · Tipos de funciones usuales

Funciones trigonométricas

Te conviene dominar: Tendencia y periodicidad (Álgebra 1)

Conecta el cargador de tu celular a un enchufe de pared en EE. UU. y el voltaje no se queda quieto: oscila de positivo a negativo y de vuelta 60 veces cada segundo. Si empezamos a contar el tiempo cuando el voltaje es cero y va subiendo, ¿en qué momento exacto llega por primera vez a su valor máximo? El mismo tipo de función le dice a un piloto de puerto qué profundidad tiene el agua en la marea alta y le dice a quien diseña una rueda de la fortuna a qué altura está una cabina en cada instante. Al final de esta página responderás la pregunta del enchufe en una línea.

Seno y coseno

Dibuja un ángulo de $x$ radianes en el círculo unitario. Su lado terminal corta el círculo en el punto $(\cos x, \sin x)$. Puedes dar tantas vueltas al círculo como quieras, en cualquier sentido, así que $x$ puede ser cualquier número real.

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Determine el dominio y el recorrido (imagen) de la función trigonométrica $f(x) = -4\cos(x) + 2$.

Determine el dominio y el recorrido (imagen) de la función trigonométrica $f(x) = -4\cos(x) + 2$.

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Estudie la simetría (par, impar o ninguna) de las siguientes funciones trigonométricas: $f(x) = x^2 \sin(x)$ $g(x) = \cos(x) + x^4$

Estudie la simetría (par, impar o ninguna) de las siguientes funciones trigonométricas:

  • $f(x) = x^2 \sin(x)$

  • $g(x) = \cos(x) + x^4$

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El círculo unitario, valores exactos y ecuaciones básicas

Muchos problemas piden valores exactos como $\sin\dfrac{5\pi}{6}$, no decimales. Solo necesitas memorizar el primer cuadrante. Todos los demás ángulos reutilizan esos valores con distinto signo.

Círculo unitario con un punto P en el ángulo θ; su coordenada x es cos θ y su coordenada y es sin θ. θ cos θ sin θ 1 P = (cos θ, sin θ) (1, 0) (0, 1) (−1, 0)

Si recorres el proceso al revés, resuelves ecuaciones como $\sin x = k$: halla el ángulo de referencia en la tabla y colócalo en todos los cuadrantes donde el signo coincida.

La figura muestra por qué $\sin x = 0.5$ tiene dos soluciones en $[0, 2\pi]$: la recta $y=0.5$ corta la onda dos veces.

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Evalúe la función $f(x) = \tan(x)$ en los siguientes valores exactos expresados en radianes: $x = \frac{3\pi}{4}$ $x = \frac{5\pi}{3}$

Evalúe la función $f(x) = \tan(x)$ en los siguientes valores exactos expresados en radianes:

  • $x = \frac{3\pi}{4}$

  • $x = \frac{5\pi}{3}$

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Halle los puntos de corte con el eje de abscisas (eje X) de la función $h(x) = 2\sin(x) - 1$ en el intervalo $[0, 2\pi]$.

Halle los puntos de corte con el eje de abscisas (eje X) de la función $h(x) = 2\sin(x) - 1$ en el intervalo $[0, 2\pi]$.

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La función tangente y los dominios

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Determine el dominio de la función $f(x) = \frac{1}{2\cos(x) - 1}$ en el intervalo $[0, 2\pi]$.

Determine el dominio de la función $f(x) = \frac{1}{2\cos(x) - 1}$ en el intervalo $[0, 2\pi]$.

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Determina el dominio de la función $f(x) = \sqrt{\cos(x)} + \ln(\sin(x))$ restringido al intervalo $[0, 2\pi]$.

Determina el dominio de la función $f(x) = \sqrt{\cos(x)} + \ln(\sin(x))$ restringido al intervalo $[0, 2\pi]$.

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Amplitud, periodo, desfase y línea media

Toda onda de seno o coseno que encontrarás es la onda básica estirada, comprimida y desplazada.

Una onda senoidal con su línea media, máximo, mínimo, amplitud y un periodo completo señalados. |A| un periodo = 2π/|B| máx = D + |A| línea media y = D mín = D − |A|
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Calcule el período de la función $g(t) = \sin\left(\frac{\pi}{3}t\right)$.

Calcule el período de la función $g(t) = \sin\left(\frac{\pi}{3}t\right)$.

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Dada la función $y = 5 - 3\sin(2x)$, identifique su amplitud y su desplazamiento vertical respecto a la función seno básica.

Dada la función $y = 5 - 3\sin(2x)$, identifique su amplitud y su desplazamiento vertical respecto a la función seno básica.

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Escriba la expresión analítica de una función del tipo $f(x) = A\cos(Bx)$ sabiendo que su amplitud es $5$ y su período es $4\pi$. <br>

Escriba la expresión analítica de una función del tipo $f(x) = A\cos(Bx)$ sabiendo que su amplitud es $5$ y su período es $4\pi$.


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Cómo escribir una fórmula a partir de una gráfica o datos

Ahora recorre el proceso al revés. Algunos problemas dicen "halla la expresión analítica"; eso solo significa "escribe una fórmula". Te dan un máximo, un mínimo, un periodo y un punto de partida. Tú construyes $A$, $B$ y $D$.

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La altura $h$ (en pies) a la que se encuentra una cabina de una rueda de la fortuna respecto al suelo en función del tiempo $t$ (en minutos) viene dada por la gráfica…

La altura $h$ (en pies) a la que se encuentra una cabina de una rueda de la fortuna respecto al suelo en función del tiempo $t$ (en minutos) viene dada por la gráfica adjunta.

t (min) h (pies) 5 25 45 3 6 9 h(t)

A partir de la gráfica, determine la expresión analítica de la función en la forma $h(t) = A\cos(Bt) + C$. Justifique el valor de los parámetros $A$, $B$ y $C$.

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Encuentre la expresión analítica de la función $f(x) = A\sin(Bx) + C$ sabiendo que: Su valor máximo es $4$ y su valor mínimo es $-2$. Su período es $\pi$. Pasa por el…

Encuentre la expresión analítica de la función $f(x) = A\sin(Bx) + C$ sabiendo que:

  • Su valor máximo es $4$ y su valor mínimo es $-2$.

  • Su período es $\pi$.

  • Pasa por el punto $(0, 1)$ y es creciente en ese instante.

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Halla los valores de los parámetros $a$, $b$ y $c$ (con $a > 0$ y $b > 0$) de la función $f(x) = a\sin(bx) + c$ sabiendo que: El valor máximo de la función es $10$. El…

Halla los valores de los parámetros $a$, $b$ y $c$ (con $a > 0$ y $b > 0$) de la función $f(x) = a\sin(bx) + c$ sabiendo que:

  • El valor máximo de la función es $10$.

  • El valor mínimo de la función es $2$.

  • El período de la función es $\frac{\pi}{2}$.

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Funciones trigonométricas inversas

El seno, el coseno y la tangente repiten sus valores, así que no son uno a uno en todo $\mathbb{R}$ y no tienen inversa ahí. La solución es quedarse con un pedazo de la gráfica donde cada valor aparece una sola vez.

Gráficas de y = arcsin x y y = arccos x en el dominio de −1 a 1, con rangos de −π/2 a π/2 y de 0 a π. −1 1 π π/2 −π/2 y = arcsin x y = arccos x
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Calcule el valor exacto en radianes de las siguientes expresiones con funciones trigonométricas inversas, sin utilizar la calculadora:…

Calcule el valor exacto en radianes de las siguientes expresiones con funciones trigonométricas inversas, sin utilizar la calculadora:

  • $\arcsin\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\right)$

  • $\arccos(0)$

  • $\arctan(\sqrt{3})$

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Dada la función $f(x) = 2\arcsin\left(\frac{x}{3}\right) + \pi$: Determina su dominio. Determina su rango (imagen). <br>

Dada la función $f(x) = 2\arcsin\left(\frac{x}{3}\right) + \pi$:

  • Determina su dominio.

  • Determina su rango (imagen).


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Resuelve analíticamente la ecuación trigonométrica inversa: $\arcsin(x) = \arccos(x)$.

Resuelve analíticamente la ecuación trigonométrica inversa: $\arcsin(x) = \arccos(x)$.

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Modelos de movimiento periódico

Las mareas, los resortes, el sonido y la electricidad se repiten. Si sabes leer la amplitud, el periodo y la línea media, puedes predecir cuándo ocurre el máximo, el mínimo o el cero.

La gráfica de arriba podría ser el nivel del agua en un muelle: oscila alrededor de una línea media de $9$ ft con amplitud de $5$ ft.

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La profundidad del agua $d$ (en pies) en la entrada de un puerto varía con las mareas y se puede modelizar mediante la función…

La profundidad del agua $d$ (en pies) en la entrada de un puerto varía con las mareas y se puede modelizar mediante la función $d(t) = 12 + 4\sin\left(\frac{\pi}{6}t\right)$, donde $t$ es el tiempo en horas transcurrido desde la medianoche ($t=0$).

  • ¿Cuál es la profundidad máxima y mínima del agua en el puerto?

  • ¿A qué horas del día se alcanza la profundidad máxima por primera y segunda vez?

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El voltaje $V$ (en voltios) de un circuito de corriente alterna en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dado por $V(t) = 311\sin(100\pi t)$. Calcule la frecuencia…

El voltaje $V$ (en voltios) de un circuito de corriente alterna en función del tiempo $t$ (en segundos) viene dado por $V(t) = 311\sin(100\pi t)$.

  • Calcule la frecuencia de la corriente (número de ciclos completos por segundo).

  • Determine el primer instante $t > 0$ en el que el voltaje alcanza su valor máximo de $311$ V.

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La posición de un peso suspendido de un resorte que oscila verticalmente se modeliza mediante la función $y(t) = -5\cos(4\pi t)$, donde $y$ es el desplazamiento en…

La posición de un peso suspendido de un resorte que oscila verticalmente se modeliza mediante la función $y(t) = -5\cos(4\pi t)$, donde $y$ es el desplazamiento en pulgadas respecto a la posición de equilibrio ($y=0$) y $t$ es el tiempo en segundos.

  • ¿Cuál es la amplitud y el período del movimiento?

  • ¿En qué instante $t > 0$ pasa el peso por primera vez por la posición de equilibrio?

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De vuelta al principio: el voltaje del enchufe llega por primera vez a su pico cuando $\sin(120\pi t)=1$, es decir, en $t=\dfrac{1}{240}$ s, unas $4$ milésimas de segundo después de que empieza a correr el tiempo.

Ciclos estacionales y tendencias

Algunos datos se repiten en un calendario anual o mensual, como las horas de luz. A veces el ciclo se superpone a una tendencia constante hacia arriba o hacia abajo.

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En una ciudad, el número de horas de luz solar a lo largo del año se puede aproximar mediante una función del tipo…

En una ciudad, el número de horas de luz solar a lo largo del año se puede aproximar mediante una función del tipo $L(t) = A\cos\left(\frac{2\pi}{365}(t - C)\right) + D$, donde $t$ es el día del año ($t=1$ es el 1 de enero).

Sabiendo que el día con más horas de luz es el 21 de junio ($t=172$) con $15$ horas, y el día con menos horas de luz es el 21 de diciembre ($t=355$) con $9$ horas:

  • Halla los valores de los parámetros $A$, $C$ y $D$.

  • Estima el número de horas de luz el 21 de marzo ($t=80$).

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Las ventas mensuales $S$ (en miles de unidades) de un producto estacional se modelizan mediante la función $S(t) = 120 + 20t + 50\cos\left(\frac{\pi}{6}t\right)$, donde…

Las ventas mensuales $S$ (en miles de unidades) de un producto estacional se modelizan mediante la función $S(t) = 120 + 20t + 50\cos\left(\frac{\pi}{6}t\right)$, donde $t$ es el tiempo en meses ($t=0$ corresponde a enero).

  • Calcula las ventas en enero ($t=0$) y en julio ($t=6$).

  • Demuestra analíticamente si las ventas en julio son mayores o menores que en enero y calcula la diferencia exacta.

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Identidades de suma y de ángulo doble

Dos hechos te permiten reescribir expresiones trigonométricas de forma más simple: las fórmulas de suma y las de ángulo doble.

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Dadas las funciones $f(x) = \sin(2x)$ y $g(x) = \sin(x)$ representadas en la gráfica adjunta en el intervalo $[0, 2\pi]$. Calcula analíticamente las coordenadas exactas…

Dadas las funciones $f(x) = \sin(2x)$ y $g(x) = \sin(x)$ representadas en la gráfica adjunta en el intervalo $[0, 2\pi]$.

X Y 1 −1 π 2π f(x) g(x)

Calcula analíticamente las coordenadas exactas de todos los puntos de intersección entre ambas curvas en el intervalo $[0, 2\pi]$. (Pista: utiliza la identidad del seno del ángulo doble).

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Expresa la función $f(x) = \sqrt{3}\sin(x) + \cos(x)$ en la forma $f(x) = A\sin(x + \alpha)$. A partir de esta nueva expresión, indica la amplitud y el desfase de la…

Expresa la función $f(x) = \sqrt{3}\sin(x) + \cos(x)$ en la forma $f(x) = A\sin(x + \alpha)$. A partir de esta nueva expresión, indica la amplitud y el desfase de la función.

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Modelos trigonométricos desde la geometría

Cuando un problema describe un triángulo rectángulo o un punto en un círculo, la trigonometría da una fórmula en términos de un ángulo. Entonces todo lo que sabes sobre ondas (amplitud, máximo, periodo) se aplica.

Una persona está a 30 pies de la base de un muro; el ángulo de elevación θ apunta a un punto a h pies de altura en el muro. θ h tú 30 ft Un rectángulo inscrito en un cuarto de círculo de radio R, con una esquina en (R cos θ, R sin θ). θ R R sin θ (R cos θ, R sin θ) R cos θ

Ahora coloca el rectángulo dentro de un semicírculo de radio $R$, con su base sobre el diámetro y el centro del semicírculo en el origen. El rectángulo es simétrico respecto al eje vertical, así que sus dos esquinas superiores son imágenes especulares: $(R\cos\theta,\,R\sin\theta)$ a la derecha y $(-R\cos\theta,\,R\sin\theta)$ a la izquierda.

Un rectángulo inscrito en un semicírculo de radio R con su base sobre el diámetro; la esquina superior derecha está en (R cos θ, R sin θ). θ R R sin θ (R cos θ, R sin θ) ancho = 2R cos θ
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Una cámara de seguimiento está situada a $50\text{ m}$ de la base de lanzamiento de un cohete. El cohete asciende verticalmente. Expresa el ángulo de elevación $\theta$…

Una cámara de seguimiento está situada a $50\text{ m}$ de la base de lanzamiento de un cohete. El cohete asciende verticalmente.

  • Expresa el ángulo de elevación $\theta$ de la cámara como una función trigonométrica inversa de la altura $h$ del cohete.

  • Calcula el ángulo de elevación exacto (en radianes y grados) cuando el cohete se encuentra a una altura de $50\sqrt{3}\text{ m}$.

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Se inscribe un rectángulo dentro de un semicírculo de radio $R = 10\text{ cm}$, de modo que su base descansa sobre el diámetro del semicírculo, como muestra la figura.…

Se inscribe un rectángulo dentro de un semicírculo de radio $R = 10\text{ cm}$, de modo que su base descansa sobre el diámetro del semicírculo, como muestra la figura.

θ R = 10

Sea $\theta$ el ángulo que forma el radio trazado hasta un vértice superior del rectángulo con el diámetro.

  • Expresa el área del rectángulo en función del ángulo $\theta$. (Pista: usa la fórmula del seno del ángulo doble).

  • ¿Para qué valor de $\theta \in \left(0, \frac{\pi}{2}\right)$ el área del rectángulo es máxima y cuál es dicho valor máximo?

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Resumen

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