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"Funciones trigonométricas recíprocas: secante, cosecante y cotangente"

Te conviene dominar: Propiedades de los radicales y racionalización (Álgebra 1)
Te conviene dominar: Propiedades de los radicales y racionalización (Álgebra 2)

El papá de Emma apoya una escalera contra la casa de modo que llega a un canalón a 20 ft del suelo. La escalera forma un ángulo de $60^\circ$ con el suelo. ¿Cuánto mide la escalera? Como $\sin 60^\circ = \dfrac{20}{L}$, tenemos $L = \dfrac{20}{\sin 60^\circ}$. Ese "uno entre seno" aparece tan seguido que tiene su propio nombre: la cosecante. Junto con la secante y la cotangente, te ahorra pasos en la mitad de los problemas de este capítulo. Terminaremos el problema de la escalera al final de la página.

Secante, cosecante y cotangente

El seno, el coseno y la tangente tienen cada uno un "compañero": su recíproco (uno entre la razón). Las tres razones nuevas se definen así.

En un triángulo rectángulo, al invertir cada fracción obtienes las razones entre los lados. Estudia esta figura, porque la usarás en toda la página.

Triángulo rectángulo con ángulo agudo alfa, sus lados opuesto, adyacente e hipotenusa, y las seis razones trigonométricas como razones entre lados α adyacente opuesto hipotenusa sin α = op / hip cos α = ady / hip tan α = op / ady csc α = hip / op sec α = hip / ady cot α = ady / op

Aquí tienes la gráfica de $y = \cos x$ y la de su recíproco $y = \dfrac{1}{\cos x}$. Observa qué le pasa al recíproco en los puntos donde el coseno toca $0$.

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Sabiendo que $\sin \alpha = \frac{3}{5}$ y que $\alpha$ es un ángulo del primer cuadrante, calcula 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, calcula el valor exacto de $\csc \alpha$ y $\sec \alpha$.

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Un reflector ilumina una pared desde el suelo. La distancia horizontal del reflector a la base de la pared es de $10$ pies. El rayo de luz superior forma un ángulo…

Un reflector ilumina una pared desde el suelo. La distancia horizontal del reflector 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 reflector hasta el punto más alto iluminado en la pared es $L$. Expresa $L$ usando la razón secante y calcula su valor exacto si $\cot \alpha = \frac{3}{4}$.

α 10 pies L
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Valores exactos en ángulos especiales

Los valores exactos de sec, csc y cot salen de invertir los valores de cos, sin y tan que ya conoces. Los dos triángulos especiales te dan todos de una vez.

El triángulo 45-45-90 con lados 1, 1 y raíz de 2, y el triángulo 30-60-90 con lados 1, raíz de 3 y 2 1 1 √2 45° 45° √3 1 2 30° 60°

Algunos valores más salen directamente del círculo unitario: $\sec 0 = 1$, $\csc\frac{\pi}{2} = 1$, $\cot\frac{\pi}{2} = 0$, $\sec\pi = -1$ y $\csc\frac{3\pi}{2} = -1$.

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

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

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

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

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Signos y cuadrantes

Un recíproco siempre tiene el mismo signo que el número original. Así, $\sec\alpha$ tiene el signo de $\cos\alpha$, $\csc\alpha$ tiene el signo de $\sin\alpha$ y $\cot\alpha$ tiene el signo de $\tan\alpha$. No necesitas memorizar nada nuevo.

Los cuatro cuadrantes con las razones trigonométricas positivas en cada uno: todas en el I, seno y cosecante en el II, tangente y cotangente en el III, coseno y secante en el IV I: todas + II: sin, csc + III: tan, cot + IV: cos, sec +

Para evaluar un recíproco en un ángulo no agudo, usa el ángulo de referencia para el tamaño y el cuadrante para el signo.

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Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razona en qué cuadrante de la circunferencia goniométrica se encuentra el ángulo $\gamma$.

Un ángulo $\gamma$ cumple que $\sec \gamma < 0$ y $\csc \gamma > 0$. Razona en qué cuadrante de la circunferencia goniométrica se encuentra el ángulo $\gamma$.

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

Evalúa 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 recíprocos

Ya conoces $\sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1$. Divide cada término entre $\cos^2\alpha$ y aparecen los recíprocos: $\dfrac{\sin^2\alpha}{\cos^2\alpha} + 1 = \dfrac{1}{\cos^2\alpha}$, es decir, $\tan^2\alpha + 1 = \sec^2\alpha$. Si en cambio divides entre $\sin^2\alpha$, obtienes la tercera identidad.

Dos triángulos rectángulos: uno con catetos 1 y tan alfa e hipotenusa sec alfa, otro con catetos cot alfa y 1 e hipotenusa csc alfa 1 tan α sec α cot α 1 csc α 1² + tan²α = sec²α 1² + cot²α = csc²α
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Si $\tan \beta = \frac{4}{3}$ y $0 < \beta < \frac{\pi}{2}$, utiliza la relación fundamental $1 + \tan^2 \beta = \sec^2 \beta$ para calcular $\sec \beta$.

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

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

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

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Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determina el signo y el valor exacto de $\tan \alpha$ y $\csc \alpha$.

Si $\cot \alpha = 2$ y $\alpha$ pertenece al tercer cuadrante, determina el signo y el valor exacto de $\tan \alpha$ y $\csc \alpha$.

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Cómo hallar las seis razones

Si conoces una razón y el cuadrante, puedes hallar las otras cinco. Las razones también tienen una descripción sencilla en el plano cartesiano. Para un punto $(x, y)$ en el lado terminal de $\alpha$, a una distancia $r = \sqrt{x^2 + y^2}$ del origen:

Estrategia: (1) convierte la razón dada en una que conozcas bien, (2) usa una identidad pitagórica o un triángulo de referencia para obtener la otra, (3) elige los signos según el cuadrante, (4) invierte para obtener los recíprocos.

El punto (4, -3) en el cuadrante IV a distancia 5 del origen, formando un triángulo de referencia 4 −3 5 (4, −3)
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Sabiendo que $\sec \alpha = -\frac{13}{5}$ y que $\pi < \alpha < \frac{3\pi}{2}$, calcula el valor exacto de las demás razones trigonométricas (seno, coseno, tangente,…

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

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Sabiendo que $\csc x = 3$ y que el ángulo $x$ pertenece al segundo cuadrante, calcula 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, calcula 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, reescribe todo en términos de $\sin x$ y $\cos x$. Así los factores se cancelan y el resultado suele quedar claro.

Estrategia: reescribir secante, cosecante y cotangente como seno y coseno, y luego simplificar sec, csc, cot sin, cos simplificar

A veces también necesitas una identidad o factorizar. Busca una diferencia de cuadrados.

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

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

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

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

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Simplifica la siguiente expresión trigonométrica y exprésala en función de una sola razón trigonométrica o constante numérica: $\frac{\sec^4 x - 1}{\tan^2 x} - \tan^2 x$.

Simplifica la siguiente expresión trigonométrica y exprésala 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 es mostrar que los dos lados son iguales para todo ángulo donde estén definidos. Las reglas del juego: elige un lado (normalmente el más complicado) y transfórmalo hasta que se parezca al otro. Nunca pases términos de un lado al otro del signo igual, porque eso supone lo que quieres demostrar.

Para demostrar una identidad, transforma el lado izquierdo y el lado derecho por separado hasta llegar a la misma expresión Lado izq. Lo mismo Lado der. No pases términos al otro lado del igual.
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Demuestra que para cualquier ángulo $\alpha$ donde las razones estén definidas, se cumple la siguiente igualdad:…

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

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

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Pares conjugados: el número 1 disfrazado

Dos identidades pitagóricas, reescritas como diferencias de cuadrados, te dan un hecho muy útil.

Dos productos de conjugados que valen 1: secante más tangente por secante menos tangente, y cosecante más cotangente por cosecante menos cotangente (sec x + tan x)(sec x − tan x) = sec²x − tan²x = 1 (csc x + cot x)(csc x − cot x) = csc²x − cot²x = 1

Esto te da dos usos poderosos. Primero, si conoces la suma, conoces al instante la diferencia, y luego puedes despejar cada razón. Segundo, un "$1$" suelto en una demostración se puede reemplazar por $\sec^2 x - \tan^2 x$ (o $\csc^2 x - \cot^2 x$) y luego factorizar.

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

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

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Demuestra la siguiente identidad trigonométrica, indicando los pasos algebraicos necesarios:…

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

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

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Resolver ecuaciones trigonométricas

Para resolver una ecuación con una razón recíproca, haz una de dos cosas. Si la ecuación es lineal en la razón (como $2\csc x + 4 = 0$), despeja la razón y luego invierte. Si aparecen una razón al cuadrado y la misma razón sin cuadrado (como $\sec^2 x + \tan x = 3$), usa una identidad pitagórica para dejar una sola razón y luego factoriza como una cuadrática. Por último, halla todos los ángulos del intervalo usando los cuadrantes.

Círculo unitario con los dos ángulos 3 pi sobre 4 y 5 pi sobre 4 cuyo coseno es menos raíz de 2 sobre 2, sobre una recta vertical 3π/4 5π/4 cos x = −√2/2

Para un sistema, trata las razones recíprocas como incógnitas y usa eliminación, igual que en Álgebra 1.

Practica★★☆Sin empezar
Resuelve la siguiente ecuación trigonométrica indicando todas las soluciones en el intervalo $[0, 2\pi]$: $2\csc x + 4 = 0$.

Resuelve la siguiente ecuación trigonométrica indicando todas las soluciones en el intervalo $[0, 2\pi]$: $2\csc x + 4 = 0$.

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

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

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Resuelve 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}…

Resuelve 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

Las razones recíprocas aparecen siempre que una longitud es una hipotenusa que se halla dividiendo. Volvamos a la escalera:

Una escalera apoyada contra una pared, que llega a 20 pies de altura y forma un ángulo de 60 grados con el suelo L 60° 20 ft

Si $\cot\theta = c$ para un ángulo agudo, entonces $\csc\theta = \sqrt{1 + c^2}$ y $\sec\theta = \dfrac{\sqrt{1 + c^2}}{c}$. Estas fórmulas ayudan cuando $c$ no es una fracción cómoda, por ejemplo cuando involucra una raíz cúbica.

Volvamos al principio: la escalera a $60^\circ$ que llega a 20 ft mide $L = 20\csc 60^\circ = 20\cdot\dfrac{2\sqrt3}{3} = \dfrac{40\sqrt3}{3} \approx 23.1$ ft.

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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 $n = \sqrt{2}$, calcula 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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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 $L(\theta) = a \csc \theta + b \sec \theta$. Calcula el valor exacto de $L(\theta)$ cuando $\cot \theta = \sqrt[3]{\frac{a}{b}}$.

θ a b L
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Resumen

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