Teorema del seno
Dos puestos de guardacostas sobre la costa del Lago de Maracaibo detectan la señal de un barco en problemas, pero ninguno puede medir la distancia hasta él con una cinta. Solo pueden medir ángulos. Hasta ahora sabías resolver triángulos rectángulos; aquí el triángulo es cualquiera. El teorema del seno es la herramienta que necesitas.
El teorema y la circunferencia circunscrita
En cualquier triángulo $ABC$, cada lado es proporcional al seno del ángulo opuesto. Además, esa razón constante es el diámetro de la circunferencia que pasa por los tres vértices (la circunscrita).
Se usa cuando conoces un lado y su ángulo opuesto, más otro dato. En esa razón completa, un lado y el seno de su ángulo opuesto, se apoya todo.
En el triángulo $ABC$, se sabe que la longitud del lado $a$ es el doble que la del lado $b$ ($a = 2b$). Si $\sin A = 0,8$, halla el valor exacto de $\sin B$.
En el triángulo $ABC$, se sabe que la longitud del lado $a$ es el doble que la del lado $b$ ($a = 2b$). Si $\sin A = 0,8$, halla el valor exacto de $\sin B$.
En un triángulo $ABC$, se conocen los ángulos $A = 45^\circ$ y $B = 60^\circ$, y la longitud del lado $a = 12$ cm. Calcula la longitud del lado $b$ utilizando el teorema…
En un triángulo $ABC$, se conocen los ángulos $A = 45^\circ$ y $B = 60^\circ$, y la longitud del lado $a = 12$ cm. Calcula la longitud del lado $b$ utilizando el teorema del seno.
Un triángulo $PQR$ tiene los ángulos $P = 50^\circ$ y $Q = 75^\circ$. Si el lado $r = 20$ m, calcula la longitud del lado $p$.
Un triángulo $PQR$ tiene los ángulos $P = 50^\circ$ y $Q = 75^\circ$. Si el lado $r = 20$ m, calcula la longitud del lado $p$.
En un triángulo cualquiera, el lado $c$ mide $24$ cm y el ángulo opuesto $C$ mide $30^\circ$. Calcula el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a dicho triángulo.
En un triángulo cualquiera, el lado $c$ mide $24$ cm y el ángulo opuesto $C$ mide $30^\circ$. Calcula el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a dicho triángulo.
En un triángulo isósceles, el ángulo desigual mide $40^\circ$ y los lados iguales miden $15$ cm. Calcula la longitud del lado desigual aplicando directamente el teorema…
En un triángulo isósceles, el ángulo desigual mide $40^\circ$ y los lados iguales miden $15$ cm. Calcula la longitud del lado desigual aplicando directamente el teorema del seno.
En un triángulo $ABC$, se cumple la proporción $\frac{a}{\sin A} = 24$. Si la suma de los ángulos $A + B = 120^\circ$ y el lado $a = 12\sqrt{3}$ cm, determina la…
En un triángulo $ABC$, se cumple la proporción $\frac{a}{\sin A} = 24$. Si la suma de los ángulos $A + B = 120^\circ$ y el lado $a = 12\sqrt{3}$ cm, determina la longitud exacta del lado $c$.
Calcular un ángulo: el caso ambiguo
Cuando el dato que falta es un ángulo (te dan dos lados y un ángulo opuesto a uno de ellos), al despejar el seno puede haber dos soluciones: un ángulo agudo y su suplementario, porque $\operatorname{sen}(180^\circ-x)=\operatorname{sen} x$.
¿Cuándo hay cero, una o dos soluciones? Fijados $a$ (opuesto al ángulo $A$ agudo) y $A$, mira el lado $b$:
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Si $a < b\operatorname{sen} A$ (es decir, $\operatorname{sen} B>1$): no hay triángulo.
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Si $a = b\operatorname{sen} A$: un triángulo rectángulo.
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Si $b\operatorname{sen} A < a < b$: dos triángulos.
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Si $a \ge b$: un solo triángulo (la segunda solución sería obtusa y ya no cabe).
Los lados de un triángulo son proporcionales a los senos de sus ángulos opuestos. Si la relación entre dos lados es $\frac{a}{b} = \sqrt{2}$ y el ángulo $B = 30^\circ$,…
Los lados de un triángulo son proporcionales a los senos de sus ángulos opuestos. Si la relación entre dos lados es $\frac{a}{b} = \sqrt{2}$ y el ángulo $B = 30^\circ$, halla la medida del ángulo $A$, sabiendo de antemano que es un ángulo agudo.
Dado un triángulo $ABC$ del que se conocen los lados $a = 15$ cm, $b = 10$ cm y el ángulo obtuso $A = 120^\circ$. Determina el valor del ángulo $B$.
Dado un triángulo $ABC$ del que se conocen los lados $a = 15$ cm, $b = 10$ cm y el ángulo obtuso $A = 120^\circ$. Determina el valor del ángulo $B$.
Determina si es posible construir un triángulo $ABC$ con los siguientes datos: $a = 8$ cm, $b = 14$ cm y $A = 45^\circ$. Justifica tu respuesta matemáticamente empleando…
Determina si es posible construir un triángulo $ABC$ con los siguientes datos: $a = 8$ cm, $b = 14$ cm y $A = 45^\circ$. Justifica tu respuesta matemáticamente empleando el teorema del seno.
En el triángulo $ABC$, se conocen los lados $a = 10$ cm, $b = 14$ cm y el ángulo $A = 30^\circ$. Calcula los dos posibles valores para el ángulo $B$ y las longitudes…
En el triángulo $ABC$, se conocen los lados $a = 10$ cm, $b = 14$ cm y el ángulo $A = 30^\circ$. Calcula los dos posibles valores para el ángulo $B$ y las longitudes correspondientes del lado $c$ para cada caso.
En la construcción de un triángulo $ABC$, se fijan el lado $a = 10$ cm y el ángulo $A = 45^\circ$. El lado $b$ tiene una longitud variable $x$ cm. Determina, de forma…
En la construcción de un triángulo $ABC$, se fijan el lado $a = 10$ cm y el ángulo $A = 45^\circ$. El lado $b$ tiene una longitud variable $x$ cm. Determina, de forma razonada, el intervalo estricto de valores reales de $x$ para los cuales existen exactamente dos triángulos distintos que cumplen estas condiciones simultáneamente.
Triangulación: distancias con dos ángulos
Volvamos a los guardacostas del lago. En topografía y navegación se mide una sola distancia sobre el terreno y dos ángulos desde sus extremos; con eso se calcula la distancia inaccesible.
Cuando el problema trae ángulos de elevación, haz primero un dibujo y busca el triángulo (aunque no sea rectángulo) donde conoces un lado y sus ángulos. Para un ángulo exterior (por ejemplo, el de $D$ y $A$ en el teleférico), calcula los ángulos interiores restando de $180^\circ$.
Dos estaciones de guardacostas, $A$ y $B$, están separadas por una distancia de $50$ km a lo largo de una costa rectilínea. Un barco $S$ emite una señal de socorro. La…
Dos estaciones de guardacostas, $A$ y $B$, están separadas por una distancia de $50$ km a lo largo de una costa rectilínea. Un barco $S$ emite una señal de socorro. La estación $A$ detecta la señal formando un ángulo de $40^\circ$ con la línea de la costa, mientras que la estación $B$ la detecta con un ángulo de $65^\circ$. Calcula la distancia en línea recta desde cada estación hasta el barco.
Una torre antigua se ha inclinado y ahora forma un ángulo de $85^\circ$ con el suelo horizontal. Un topógrafo se sitúa a $40$ m de la base de la torre, exactamente en la…
Una torre antigua se ha inclinado y ahora forma un ángulo de $85^\circ$ con el suelo horizontal. Un topógrafo se sitúa a $40$ m de la base de la torre, exactamente en la dirección hacia la que esta se inclina. Desde ese punto, mide el ángulo de elevación hasta la cúspide de la torre, obteniendo $50^\circ$. Calcula la longitud total de la torre desde su base hasta la cúspide.
Un teleférico asciende en línea recta desde una estación base $A$ hasta la cima $C$ de una montaña. Desde un punto $D$, situado $200$ m por detrás de $A$ en el mismo…
Un teleférico asciende en línea recta desde una estación base $A$ hasta la cima $C$ de una montaña. Desde un punto $D$, situado $200$ m por detrás de $A$ en el mismo plano horizontal, el ángulo de elevación hacia $C$ es de $22^\circ$. Desde la estación $A$, el ángulo de elevación hacia la cima es de $35^\circ$. Calcula la longitud del cable $AC$ del teleférico resolviendo el triángulo $ADC$.
Dos observadores $A$ y $B$ están separados por $1200$ km en la superficie terrestre (distancia que consideraremos rectilínea para este cálculo local). Ambos observan un…
Dos observadores $A$ y $B$ están separados por $1200$ km en la superficie terrestre (distancia que consideraremos rectilínea para este cálculo local). Ambos observan un satélite $S$ que transita en el mismo plano vertical que los une, de modo que su proyección sobre el suelo queda entre $A$ y $B$. El ángulo de elevación medido desde $A$ es de $82^\circ$ y el medido desde $B$ es de $85^\circ$. Calcula la distancia exacta desde el observador $A$ hasta el satélite.
La ladera de una montaña presenta una inclinación constante de $15^\circ$ respecto al plano horizontal. Dos puntos $A$ y $B$ se encuentran sobre la ladera, estando $B$…
La ladera de una montaña presenta una inclinación constante de $15^\circ$ respecto al plano horizontal. Dos puntos $A$ y $B$ se encuentran sobre la ladera, estando $B$ situado $50$ m más arriba que $A$ a lo largo de la pendiente. En el punto $B$ se ha instalado un poste vertical de telecomunicaciones. Desde el punto $A$, el ángulo de elevación hasta el extremo superior del poste es de $42^\circ$ medido desde la horizontal. Calcula la altura exacta del poste.
Un avión vuela en línea recta a una altitud constante. Un observador estático en tierra lo divisa inicialmente con un ángulo de elevación de $30^\circ$. Exactamente $10$…
Un avión vuela en línea recta a una altitud constante. Un observador estático en tierra lo divisa inicialmente con un ángulo de elevación de $30^\circ$. Exactamente $10$ segundos después, el avión, que vuela directamente hacia la vertical del observador, es divisado con un ángulo de elevación de $45^\circ$. Si la velocidad constante del avión es de $600$ km/h, calcula la altitud a la que vuela resolviendo el triángulo formado por el observador y las dos posiciones del avión mediante el teorema del seno.
Área y polígonos regulares
El área de un triángulo es la mitad del producto de dos lados por el seno del ángulo comprendido entre ellos:
$$S = \tfrac12\, a\, b \operatorname{sen} C$$Si te dan un lado y los dos ángulos que lo rodean, primero hallas otro lado con el teorema del seno y después aplicas esta fórmula.
Polígonos regulares. Un polígono regular de $n$ lados inscrito en una circunferencia de radio $R$ se divide, desde el centro, en $n$ triángulos isósceles con ángulo central $\frac{360^\circ}{n}$. Los otros dos ángulos son iguales y suman $180^\circ-\frac{360^\circ}{n}$, y el lado del polígono es opuesto al ángulo central: $\ell = \dfrac{R\operatorname{sen}(360^\circ/n)}{\operatorname{sen}\big(90^\circ-180^\circ/n\big)}$. También sirve el atajo $\ell = 2R\operatorname{sen}\frac{180^\circ}{n}$, que sale de aplicar el teorema del seno en ese triángulo.
Una parcela de terreno con forma triangular tiene dos ángulos que miden $60^\circ$ y $75^\circ$. El lado comprendido entre estos dos ángulos está delimitado por un muro…
Una parcela de terreno con forma triangular tiene dos ángulos que miden $60^\circ$ y $75^\circ$. El lado comprendido entre estos dos ángulos está delimitado por un muro recto que mide $120$ m. Calcula el área total de la parcela.
Calcula el perímetro de un heptágono regular (polígono de 7 lados) que está inscrito en una circunferencia de radio $R = 10$ cm. Utiliza el teorema del seno en los…
Calcula el perímetro de un heptágono regular (polígono de 7 lados) que está inscrito en una circunferencia de radio $R = 10$ cm. Utiliza el teorema del seno en los triángulos isósceles que se forman desde el centro del polígono.
Demostraciones con el teorema del seno
Una idea sirve para casi todas: del teorema, $a=2R\operatorname{sen} A$, $b=2R\operatorname{sen} B$, $c=2R\operatorname{sen} C$. Así puedes reemplazar lados por senos (o al revés) en cualquier igualdad.
Otras pistas:
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Radio y área: $S=\tfrac12 ab\operatorname{sen} C$ y, por el teorema, $\operatorname{sen} C=\dfrac{c}{2R}$. Reemplaza y despeja $R$.
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Ángulo doble: si $A=2B$, $\dfrac{a}{\operatorname{sen} 2B}=\dfrac{b}{\operatorname{sen} B}$ y $\operatorname{sen}2B=2\operatorname{sen} B\cos B$. Simplifica $\operatorname{sen} B$.
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Bisectriz: en $ABD$ y en $ACD$ el ángulo en $A$ vale $\frac A2$. Aplica el teorema en cada uno y usa que los ángulos $\widehat{ADB}$ y $\widehat{ADC}$ son suplementarios, así que tienen el mismo seno.
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Identidad con diferencias: reemplaza $a,b,c$ por $2R\operatorname{sen} A$, etc., y usa $\operatorname{sen} A=\operatorname{sen}(B+C)$. Te va a aparecer $\operatorname{sen}(B+C)\operatorname{sen}(B-C)=\operatorname{sen}^2B-\operatorname{sen}^2C$; suma las tres expresiones cíclicas y se cancelan.
En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados $a$, $b$ y $c$ se encuentran en progresión aritmética, cumpliéndose la relación $2b = a + c$. Demuestra que los senos…
En un triángulo $ABC$, las longitudes de los lados $a$, $b$ y $c$ se encuentran en progresión aritmética, cumpliéndose la relación $2b = a + c$. Demuestra que los senos de los ángulos opuestos mantienen una relación análoga: $\sin A + \sin C = 2 \sin B$.
Demuestra que el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a un triángulo $ABC$ está directamente relacionado con el área del triángulo $S$ mediante la fórmula:…
Demuestra que el radio $R$ de la circunferencia circunscrita a un triángulo $ABC$ está directamente relacionado con el área del triángulo $S$ mediante la fórmula:
$R = \frac{a \cdot b \cdot c}{4S}$
(Pista: Expresa el área del triángulo usando el seno de uno de sus ángulos y combínalo con el teorema del seno).
En un triángulo $ABC$, el ángulo $A$ es exactamente el doble del ángulo $B$ ($A = 2B$). Demuestra, empleando el teorema del seno y las identidades trigonométricas del…
En un triángulo $ABC$, el ángulo $A$ es exactamente el doble del ángulo $B$ ($A = 2B$). Demuestra, empleando el teorema del seno y las identidades trigonométricas del ángulo doble, que las longitudes de los lados cumplen la relación $a = 2b \cos B$.
En un triángulo $ABC$, la bisectriz interior del ángulo $A$ corta al lado opuesto $BC$ en el punto $D$. Aplica el teorema del seno en los triángulos $ABD$ y $ACD$ para…
En un triángulo $ABC$, la bisectriz interior del ángulo $A$ corta al lado opuesto $BC$ en el punto $D$. Aplica el teorema del seno en los triángulos $ABD$ y $ACD$ para demostrar formalmente el teorema de la bisectriz, es decir, que se cumple la proporción:
$\frac{BD}{DC} = \frac{c}{b}$
Demuestra, partiendo del teorema del seno, que en cualquier triángulo $ABC$ se cumple la siguiente identidad trigonométrica que relaciona sus lados y ángulos:…
Demuestra, partiendo del teorema del seno, que en cualquier triángulo $ABC$ se cumple la siguiente identidad trigonométrica que relaciona sus lados y ángulos:
$a \sin(B - C) + b \sin(C - A) + c \sin(A - B) = 0$
Vuelve al principio: los guardacostas miden los ángulos y la distancia entre sus puestos, completan el tercer ángulo y el teorema del seno les da la distancia al barco (en el ejemplo, unos $46{,}9$ km desde $A$).