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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 1 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS TRIGONOMETRÍA Se llama Trigonometría a la rama de la matemática que estudia las relaciones entre los lados y los ángulos de triángulos, las propiedades y aplicaciones de las funciones trigonométricas de ángulos. Las dos ramas fundamentales de la trigonometría son la trigonometría plana, que se ocupa de figuras contenidas en un plano, y la trigonometría esférica, que se ocupa de triángulos que forman parte de la superficie de una esfera. En este curso trataremos los contenidos de la trigonometría plana. Las primeras aplicaciones de la trigonometría se hicieron en los campos de la navegación, la geodesia y la astronomía, en las que el principal problema era determinar una distancia inaccesible, como la distancia entre la Tierra y la Luna, o una distancia que no podía ser medida de forma directa. Otras aplicaciones de la trigonometría se pueden encontrar en la física, química y en casi todas las ramas de la ingeniería y de la arquitectura, sobre todo en la resolución de triángulos rectángulos y oblicuángulos. ¿Por qué triángulos? Porque son los bloques básicos de construcción para cualquier figura rectilínea que se pueda construir. El cuadrado, el pentágono u otro polígono puede dividirse en triángulos por medio de líneas rectas radiando desde un ángulo hacia los otros. Para topografiar una tierra los topógrafos la dividen en triángulos y marcan cada ángulo con un "punto de referencia", que hoy en día es, a menudo, una placa de latón redonda fijada en el suelo con un agujero en el centro, sobre el que ponen sus varillas y teodolitos (George Washington hizo este trabajo cuando era un adolescente). Después de medir la base, el topógrafo medirá los ángulos que se forman con un punto y usará la trigonometría para calcular las demás distancias. Estas pueden servir como base de 2 nuevos triángulos, que a su vez suministrarán bases para dos más..., y de esta forma construirá más y más triángulos hasta que se cubra la tierra al completo con una red que tiene distancias conocidas. Posteriormente se puede añadir una red secundaria, subdividiendo los triángulos grandes y marcando sus puntos con estacas de hierro, que proporcionarán distancias conocidas adicionales en las que se pueden basar los mapas o los planos. Un Poco De Historia La historia de la trigonometría se remonta a las primeras matemáticas conocidas en Egipto y en Babilonia. Los egipcios establecieron la medida de los ángulos en grados, minutos y segundos. Sin embargo, hasta los tiempos de la Grecia clásica no comenzó la trigonometría en las matemáticas. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 2 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS En el siglo II a.C. el astrónomo Hiparco de Nicea compiló una tabla trigonométrica para resolver triángulos. Comenzando con un ángulo de 71° y yendo hasta 180 °C con incrementos de 71°, la tabla daba la longitud de la cuerda delimitada por los lados del ángulo central dado que corta a una circunferencia de radio r. Esta tabla es similar a la moderna tabla del seno. No se sabe con certeza el valor de r utilizado por Hiparco, pero sí se sabe que 300 años más tarde el astrónomo Tolomeo utilizó r = 60, pues los griegos adoptaron el sistema numérico sexagesimal (base 60) de los babilonios. Tolomeo incorporó en su gran libro de astronomía, el Almagesto, una tabla de cuerdas con incrementos angulares de 1°, desde 0° a 180°, con un error menor que 1/3.600 de unidad. Al mismo tiempo que Tolomeo los astrónomos de la India habían desarrollado también un sistema trigonométrico basado en la función seno en vez de cuerdas como los griegos. A finales del siglo VIII los astrónomos árabes habían recibido la herencia de las tradiciones de Grecia y de la India, y prefirieron trabajar con la función seno. En las últimas décadas del siglo X ya habían completado la función seno y las otras cinco funciones y habían descubierto y demostrado varios teoremas fundamentales de la trigonometría tanto para triángulos planos como esféricos. Varios matemáticos sugirieron el uso del valor r = 1 en vez de r = 60, lo que produjo los valores modernos de las funciones trigonométricas. Los árabes también incorporaron el triángulo polar en los triángulos esféricos. El occidente latino se familiarizó con la trigonometría árabe a través de traducciones de libros de astronomía arábigos, que comenzaron a aparecer en el siglo XII. Los cálculos trigonométricos recibieron un gran empuje gracias al matemático escocés John Napier, quien inventó los logaritmos a principios del siglo XVII. También encontró reglas mnemotécnicas para resolver triángulos esféricos, y algunas proporciones (llamadas analogías de Napier) para resolver triángulos esféricos oblicuos. Casi exactamente medio siglo después de la publicación de los logaritmos de Napier, Isaac Newton inventó el cálculo diferencial e integral. Uno de los fundamentos del trabajo de Newton fue la representación de muchas funciones matemáticas utilizando series infinitas de potencias de la variable x. Newton encontró la serie para el sen x y series similares para el cos x y la tg x. Con la invención del cálculo las funciones trigonométricas fueron incorporadas al análisis, donde todavía hoy desempeñan un importante papel tanto en las matemáticas puras como en las aplicadas. Por último, en el siglo XVIII, el matemático suizo Leonhard Euler definió las funciones trigonométricas utilizando expresiones con exponenciales de números complejos. Esto convirtió a la trigonometría en sólo una de las muchas aplicaciones de los números complejos; además, Euler demostró que las UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 3 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS propiedades básicas de la trigonometría eran simplemente producto de la aritmética de los números complejos. Generación de Ángulos Los ángulos son generados por una semirrecta móvil al girar alrededor de su origen, el que es un punto fijo del plano. Sean O (punto fijo) y OX semirrecta móvil, la que al pasar de su posición inicial a otra OX’, describe el ángulo XOX’ X’ X’ O X O X Signo de los ángulos: Existen 2 sentidos de giro: uno positivo y el otro negativo. Es positivo el sentido de giro contrario al movimiento de las agujas del reloj. X’ O X _ + O X X’ Medida de los ángulos Medir un ángulo es compararlo con otro que se toma como unidad. En trigonometría existen tres sistemas de medición: sexagesimal, circular y centesimal. Sistema sexagesimal Unidad de medida: grado sexagesimal, que es la noventa ava parte del ángulo recto. Submúltiplos: minuto sexagesimal y segundo sexagesimal. 90 1R 1 =� 60 1 1' � = 60 1' '1' = ó '60'1' 60'1º 901R = = = º 1 ángulo llano = 180º 1 ángulo de un giro = 360º UNIVERSIDAD NACIONAL DELNORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 4 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Sistema Circular Angulo de un radián: es el ángulo central cuyo arco tiene una longitud igual al radio de la circunferencia en la que se encuentra. α = ángulo de un radián ⇔ long. ab = long. radio ob a α O b Para un ángulo de un giro completo α = 360º y como la longitud de una circunferencia es long. 6,2832r 2C == π radios, ⇒ 360º = 2 π radianes 180º = π radianes 90º = 2 π Sistema Centesimal Unidad de medida = grado centesimal = 1G = centésima parte de un ángulo recto 100 1R 1G = ⇒ 1R = 100 G =⇒= =⇒= c100"c1' 100 c1' c1" c100'1 100 1 c1' ossubmúltipl G G ∴ 1 ángulo llano = 200G 1 ángulo de un giro = 400G Ejemplo α̂= 28G 33 ‘ 29 “ = 28G , 3329 CAMBIO DE UNIDAD – PASAJE DE UN SISTEMA A OTRO 1) Del sistema sexagesimal al circular y viceversa a) Del sexagesimal al circular 360º 2 π radianes αº α r entonces, 360º rad 2 . ºr παα = UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 5 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS b) Del circular al sexagesimal 2 π rad 360º α r αº entonces, rad 2 360º .r º π αα = 2) Del sistema centesimal al circular y viceversa a) Del sistema centesimal al circular 400G 2 π rad αG α r entonces, G G 400 rad 2 .r παα = b) Del sistema circular al centesimal 2 π rad 400G α r αG entonces, rad 2 400 .r GG π αα = 3) Del sistema sexagesimal al centesimal y viceversa a) Del sistema sexagesimal al centesimal 90º 100G αº α G entonces, 90º 100 . º GG αα = b) Del sistema centesimal al sexagesimal 100G 90º αG αº entonces, G G 100 90º . º αα = FUNCIONES TRIGONOMETRICAS Sea el ángulo α, con vértice en O y sobre uno de sus lados (la semirrecta OX ) tracemos las perpendiculares b"a" ,b'a' ab, , las que determinan triángulos semejantes (por tener dos ángulos iguales: α y el recto); en los UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 6 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS triángulos semejantes los lados homólogos son proporcionales y podemos entonces escribir las siguientes razones. b b” β b’ b α α o a a’ a” x o a α α a adyacente cat. a opuesto cat. oa" b"a" oa' b'a' oa ab === y hipotenusa a opuesto cat. ob" b"a" ob' b'a' ob ab α=== estas razones son sólo algunas de las que podemos escribir, lo que importa destacar es que son números abstractos, independientes de las dimensiones de los lados del triángulo, sólo dependen del valor del ángulo α. FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS : son los números abstractos que se obtienen de las razones que pueden establecerse entre los pares de lados de un triángulo. Ellas son: ab ob a opuesto cat. hipotenusa cosec ; ob ab hipotenusa a opuesto cat. sen ==== α ααα oa ob a adyacente cat. hipotenusa sec ; ob oa hipotenusa a adyacente cat. cos ==== α ααα ab oa a opuesto cat. a adyacente cat. cotg ; oa ab a adyacente cateto a opuesto cateto tg ==== α αα α αα Sólo hemos escrito las funciones trigonométricas del ángulo agudo α, también pueden escribirse las del ángulo agudo � �o b a β ( ) Como α + β = 2 π (ángulos complementarios) ⇒ α− 2 π=β β− 2 π=α UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 7 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Al escribir las funciones trigonométricas de β̂ , observamos que en ángulos complementarios las funciones de uno de ellos, son las cofunciones del otro. ob ab sen =α ob oa sen =β seno ob oa cos =α ob ab cos =β coseno oa ab tg =α ab oa tg =β tangente ab oa cotg =α oa ab cotg =β cotangente oa ob sec =α ab ob sec =β secante ab ob cosec =α oa ob cosec =β cosecante Relaciones entre las funciones trigonométricas de un ángulo cosec 1 sen α =α cotg 1 tg α α = cos 1 sec α α = = 1cos secante α α α α tg 1 cotg = α α sen 1 cosec = = α sen α tg cos α ^ = α cos α cotg sen α FUNCIONES EN EL CIRCULO TRIGONOMETRICO Círculo trigonométrico: es el círculo cuyo radio se considera la unidad, y en el cual existe sentido de giro positivo para los ángulos. y x’ ox’ corta al círculo en M M (x ; y) M N (x ; 0) ON = abscisa = x O (0 , 0) NM = ordenada = y α OM = radio vector = ρ -x o N x con x, y, ρ formamos las siguientes razones en el triángulo ONM ∧ UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 8 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ρ α y sen = ρ α x cos = x y tg =α y cosec ρα = x sec ρα = y x cotg =α El radio vector ρ siempre se toma con signo positivo; de los semiejes )( oy ; )( oy ; )( ox ; )(ox −+−+ ya se conocen sus signos. Valores exactos de las funciones trigonométricas de los ángulos de: 0º, 30º, 45º, 60º, 90º Valores para α = 0º Si α = 0º ⇒ == = 1x 0y ρ ∴ 0 1 0 y 0º sen === ρ , 1 1 1x 0º cos === ρ , 0 1 0 x y oº tg === ,∞=== 0 1 y x 0º cotg , 1 1 1 x 0º sec === ρ , ∞=== 0 1 y 0º cosec ρ Valores para α = 90º Si α = 90º ⇒ = = = 1ρ 0x 1y 1 1 1 ρ y 90º sen === , 0 1 0 ρ x 90º cos === , ∞=== 0 1 x y 90º tg 0 1 0 y x 90º cotg === , ∞=== 0 1 x 1 90º sec 1 1 1 y ρ 90º cosec === Valores para α = 60º c 0601 =ˆ 0603 =ˆ d 0602 =ˆ 0304 =ˆ 0305 =ˆ a b En Δ acd tenemos 60º360º21 === ∴ ˆˆˆ ⇒ Δ acd es equilátero y cdadac == � En Δ abd tenemos ∴== ˆˆ 30º54 Δ abd es isósceles y bdad = � UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 9 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS De � y � dbcdac == Si hacemos 2cb1ac =⇒= Por Pitágoras resulta 22 22 12accbab −=−=⇒ 3ab =⇒ Aplicando estos valores en Δ abc : 3 32 3 2 ab cb 60º cosec ; 2 3 cb ab 60º sen ===== 2 1 2 ac cb 60º sec ; 2 1 cb ac 60º cos ===== 3 3 3 1 ab ac 60º cotg ; 3 1 3 ac ab 60º tg ====== Valores para α = 30º Usemos el mismo gráfico, y apliquemos los valores de los lados al triángulo Δ abc y consideremos el ángulo 30ºb =ˆ 2 1 2 ac cb 30º cosec ; 2 1 cb ac 30º sen ===== 3 32 3 2 ac cb 30º sec ; 2 3 cb ab 30º cos ===== 3 1 3 ac ab cotg30º ; 3 3 3 3 3 1 ab ac 30º tg ======= Valores para α = 45º Construimos un triangulo isósceles Haciendo 1abac == , por Pitágoras es: c 211abaccb 22 =+=+= Luego: 2 2 2 1 cb ac 45º sen === 2 2 2 1 cb ab 45º cos === �45 1 1 1 ac ab cotg45º ; 1 1 1 ab ac 45º tg ====== �45 2 1 2 ac cb 45º cosec ; 2 1 2 ab cb 45º sec === === a b UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 10 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS α 0º 30º 45º 60º 90º Sen α 0 2 1 2 2 2 3 1 Cos α 1 2 3 2 2 2 1 0 Tg α 0 3 3 1 3 ∞ Cotg α ∞ 3 1 3 3 0 Sec α 1 3 32 2 2 ∞ Cosec α ∞ 2 2 3 32 1 Para recordar: Sean los enteros 0, 1, 2, 3, 4, la mitad de la raíz cuadrada de cada uno de ellos son los valores del sen de 0º, 30º, 45º, 60º y 90º 2 2 45º sen , 2 1 30º sen , 2 0 0º sen === , 2 4 90º sen , 2 3 60º sen == Los valores del coseno se hallan por ángulos complementarios. SIGNO DE LAS FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS EN LOS CUATRO CUADRANTES IIc Ic IIc Ic IIc Ic + + - + - + IIIc IVc IIIc IVc IIIc IVc - + - + + - seno y coseno y tangente y cosecante secante cotangente Regla de los signos 1) El signo del seno y de la cosecante es el de la ordenada. 2) El signo del coseno y de la secante es el de la abscisa. 3) El signo de la tg y de la cotangente es positivo cuando lo son la ordenada y la abscisa, o cuando la ordenada y la abscisa son negativas. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 11 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Representación Geométrica de las Funciones Trigonométricas En el primer cuadrante: y σ’ b c t n m ρ α o p a x σ Círculo trigonométrico de centro o y radio ρ ; α̂ ángulo central de arco am ; a es origen del arco y m extremo libre. En este círculo podemos marcar los segmentos que representan gráficamente a las funciones trigonométricas. pm pm om pm sen === ρ α (+) (longitud de pm ) op op om op cos === ρ α (+) Si trazamos por a la tg a la circunferencia, obtenemos σ llamado el eje de las tangentes. El eje de las cotangentes σ’ trazado por b, es el segundo eje tg. at at oa at op pm tg ==== 1 α (+) (longitud del segmento at ) bc bc ob bc on nm pm op cotg ===== 1 α (+) ot ot oa ot op om sec ==== 1 α (+) oc oc ob oc on om pm om cosec ===== ρ α (+) UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 12 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS En el segundo cuadrante: y σ’ c b p σ )( mp sen +=α )(om cos −= α at tg =α (-) α cb cotg =α (-) m o a x ot sec =α (-) oc cosec =α (+) t En el tercer cuadrante y σ’ b c)( mp sen −=α t ( ) - opcos =α α ( )+= at tg α )( bccotg +=α p o a x )( otsec −=α (-) occosec =α m σ UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 13 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS En el cuarto cuadrante: y c b σ’ ( )- mpsen =α σ ( )+= opcos α α ( )- attg =α o p a x ( )- bccotg =α ( )- otsec =α ( )- occosec =α m t Relaciones entre las funciones trigonométricas de un ángulo 1 y . y cosec . sen == ρ ρ αα tg x y x . yx : y cos sen αρ ρρρα α ==== cotg y x y . xy : x sen cos αρ ρρρα α ==== 1 y x . x y cotg . tg ==αα y Relaciones Pitagóricas m 1) 222 omnmon =+ ρ 222 yx ρ=+ o α n x 222 yx = + ρ ρ ρρ cos 2 α + sen 2 α = 1 ∴ α2α cos1sen −±= αα 2sen-1 cos =∧ 2) x 2 + y 2 = ρ2 2 x ρ 2 x y 2 x x = + ∴ α2α2 sectg1 =+ 3) x 2 + y 2 = ρ2 2 y 2 y y 2 y x = + ρ ∴ αα 2cosec12cotg =+ UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 14 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Calcular las funciones trigonométricas de un ángulo conociendo: 1) conociendo el seno del mismo: Dato: α sen , se parte de: sen 2 α + cos 2 α = 1 2 ⇒ = ± −cos 1 senα α = ± − 2 1 sec 1 sen α α = ± − 2 sen tg 1 sen αα α ± −= 21 sen cotg sen αα α y = 1cosec sen α α 2) Conociendo el coseno del ángulo Dato: cos α = 1sec cos α α = ± − 2sen 1 cosα α = ± − 2 1 cosec 1 cos α α ± −= 21 cos tg cos αα α = ± − 2 cos cotg 1 cos αα α 3) Conociendo la tg del ángulo Dato: tg α ⇒ + = ÷2 2 2sen cos 1 por sen α α α + = ⇒ 2 2 2 2 2 sen cos 1 sen sen sen α α α α α + = ⇒2 2 1 1 1 tg sen α α + = 2 2 2 tg 1 1 tg sen α α α = ⇒ + 2 2 2 tg sen 1 tg α α α = ⇒ ± + 2 tg sen 1 tg αα α = ± − 2 1 cos 1 tg α α tg 1 cotg α α = ± + = 21 tg cosec tg α α α = ± + 2sec 1 tg α α UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 15 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS 4) Conociendo la cotangente del ángulo Dato: α cotg Como + = = ± +∴2 2 2cotg 1 cosec cosec 1 cotg α α α α cotg1 1 sen 2α α +± = α= ± + 2 cotg cos 1 cotg α α = 1tg cotg α α ± + = 21 cotg sec cotg α α α 5) Conociendo la secante del ángulo Dato: α sec ⇒ = 1cos sec α α ± −= 2sec 1 sen sec αα α = ± −2tg sec 1α α = ± −2 1 cotg sec 1 α α 6) Conociendo la cosecante del ángulo Dato: cosec α α α cosec 1 sen =⇒ α α α cosec 1 cosec cos 2 −±= 1 cosec 1 tg 2 −± = α α 1 cosec cotg 2 −±= αα 1 cosec cosec sec 2 −± = α α α REDUCCIÓN AL 1 ER CUADRANTE Hallar el valor del ángulo α si: y y y β α β β x x α x α α = 180º - β α es suplemento β = 180º + α β = 360º - α α = β - 180º α = 360º - β UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 16 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS RESOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS Resolver un triángulo consiste en calcular todos sus elementos (3 lados y 3 ángulos) conocidos algunos de ellos. Según los datos que se conozcan, se pueden presentar cuatro casos: CASO DATOS CONOCIDOS INCÓGNITAS I Los tres lados: a, b, c Los tres ángulos A, B, C II Un lado y los ángulos adyacentes: a, B, C Dos lados y un ángulo: b, c, A III Dos lados y el ángulo formado: a, b, C Un lado y dos ángulos: c, A, B IV Dos lados y el ángulo opuesto a uno de ellos: a, b, A Un lado y dos ángulos: c, B, C Podemos resolver problemas de triángulos rectángulos y de triángulos oblicuángulos. Ejemplo: dada la siguiente tabla conteniendo datos del triángulo rectángulo ABC, calcular los datos que faltan: 1) A =45º , B =75º , c =5 2) A =70º , b =4,5 , c =5 3) b =9 , a =7 , A =45º 4) a =8 , b =4 , A =40º 5) b =6 , a =4 , A =50º 6) a =4 , b =5 , c =7 No siempre tendremos que resolver triángulos rectángulos. Existen otros triángulos que no son rectángulos, los que reciben el nombre de oblicuángulos. Triángulos Oblicuángulos Los elementos de un triángulo oblicuángulo son los tres ángulos A, B y C y los tres lados respectivos, opuestos a los anteriores, a, b y c. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 17 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Para resolver triángulos oblicuángulos es necesario conocer la propiedad de la suma de los ángulos de un triánguloy dos importantes teoremas: el teorema del seno y el teorema del coseno. Suma de los ángulos de un triángulo A + B + C = 180º Teorema del seno C sen c B sen b Asen a == Teorema del coseno a2 = b2 + c2 - 2·b·c· cos A b2 = a2 + c2 - 2·a·c· cos B c2 = a2 + b2 - 2·a·b· cos C Teorema del seno Los lados de un triángulo son Proporcionales a los senos de los ángulos opuestos Csen c Bsen b Asen a == Demostración Dada la figura: La altura hc delimita dos triángulos rectángulos AHC y BHC, en los cuales es: =⇒= =⇒= Bsena h a h sen Asenb h b h Asen c c c c . . B . . Por lo tanto tenemos la siguiente igualdad: Bsen b Asen a = Si hiciésemos un cálculo similar con la altura del vértice A resulta: Como los primeros miembros son iguales, es: BsenaAsenb . . = 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 18 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS La altura ha delimita dos triángulos rectángulos AMB y AMC, en los cuales es: =⇒= =⇒= Bsenc h c h sen Csenb h b h Csen a a a a . . B . . Por lo tanto tenemos la siguiente igualdad: Bsen b Csen c = por lo que de 1 y 2 podemos afirmar que: Csen c Bsen b Asen a == Teorema del coseno el cuadrado de un lado es igual a la suma de los cuadrados de los otros lados menos el doble del producto de estos lados por el coseno del ángulo comprendido. a2 = b2 + c2 − 2bc * cos(A) b2 = a2 + c2 − 2ac * cos(B) c2 = a2 + b2 − 2ab * cos(C) Demostración 1. Si el ángulo opuesto es agudo. Considérese un triángulo como el siguiente: Por el Teorema de Pitágoras: ah A B C M b c a Como los primeros miembros son iguales, es: BsencCsenb . . = 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 19 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS a2 = h2 + (c − m)2 [1] b2 = h2 + m2, lo que implica que h2 = b2 − m2 [2] Reemplazando [2] en [1]: a2 = b2 − m2 + (c − m)2 Desarrollando: a2 = b2 − m2 + c2 + m2 − 2cm Simplificando: a2 = b2 + c2 − 2cm Finalmente, sabiendo que m = b . cos A , se deduce: a2 = b2 + c2 − 2bc . cosA 2. Si el ángulo opuesto es obtuso. Partiendo de otro punto de vista se resuelve análogamente al caso anterior: Por el Teorema de Pitágoras: a2 = h2 + (c + m)2 b2 = m2 + h2, por lo que h2 = b2 − m2 Reemplazando, desarrollando y simplificando: a2 = b2 − m2 + (c + m)2 a2 = b2 − m2 + c2 + m2 + 2cm a2 = b2 + c2 + 2cm Teniendo en cuenta que: m = b . cos (180 − A), por las identidades trigonométricas: m = − b . cos(A), llegamos a la misma conclusión que antes: a2 = b2 + c2 − 2bc . cos A UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 20 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS LA RECTA EN EL PLANO Si se consideran los puntos 1 1 1 2 2 2 3 3 3( ; ); ( ; ); ( ; )... ( ; )n n nP x y P x y P x y P x y que pertenecen todos a la misma función lineal, llamada recta, la que en este caso pasa por el origen de coordenadas, podemos hallar la ecuación de la misma. En la figura, se puede observar que todos esos puntos forman triángulos semejantes ya que todos ellos tienen un ángulo en común. Por la condición de triángulos semejantes, se verifican las siguientes proporciones: 31 2 1 2 3 ... n n y yy y m x x x x = = = = = Generalizando : y P r m x ∀ ∈ = , si se despeja la variable “y” podemos entonces escribir la ecuacióny mx= , denominada ecuación de la recta que pasa por el origen y contiene a los puntos 1 1 1 2 2 2 3 3 3( ; ); ( ; ); ( ; )... ( ; )n n nP x y P x y P x y P x y El valor de “m” recibe el nombre de pendiente o coeficiente angular de la recta y representa la tangente trigonométrica del ángulo que forma la recta con el semieje positivo de las abscisas. y y tg x x = = Si a todas las ordenadas de los puntos les sumamos un valor constante “b” llamado ordenada al origen o parámetro deposición, obtenemos la ecuación explícita de la recta. Así lo muestra la figura siguiente cuya ecuación es: y mx b= + Nótese que si b=0, entonces la recta pasa por el origen y la ecuación explícita toma la forma particular y mx= y xO x1 x2 x3 y1 y2 y3 P1 P2 P3 A B C r y xb UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 21 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ECUACION GENERAL La ecuación de la recta y mx b= + se puede escribir de la forma 0mx y b− + = , que a su vez se puede expresar como 0Ax By C+ + = denominada ecuación general o implícita de la recta, que es una ecuación de primer grado con dos incógnitas. Si despejamos la variable “y”: A C y x B B = − − la cual se compara con la expresión y mx b= + , de donde: A m B = − y Cb B = − Por ejemplo, para la recta de ecuación 6 2 4 0x y− + = 6 3 2 A m m m B = − ⇒ = − ⇒ = − 4 2 2 C b b b B = − ⇒ = − ⇒ = − , por lo tanto: 3 2y x= + En función de los valores que adopten los coeficientes A, B y C tenemos posiciones relativas a los ejes: 1) Si A=0, quedará C y B = − , con 0; 0C B≠ ≠ . Gráficamente, es una recta paralela al eje de las abscisas (eje x) 2) Si B=0, quedará C y A = − , con 0; 0C A≠ ≠ . Gráficamente, es una recta paralela al eje de las ordenadas (eje y) 3) Si C=0, quedará A y B = − , con 0; 0A B≠ ≠ . Gráficamente, es una recta que pasa por el origen de coordenadas. x y y=k x=h Ax+By=0 A=0 B=0 C=0 Posiciones particulares de la recta respecto de los ejes coordenados. y y x x UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 22 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ECUACION SEGMENTARIA Si escribimos la ecuación general podemos escribir de otra manera a la recta llamada ecuación segmentaria. 0Ax By C+ + = pasando C al segundo miembro. Ax By C+ = − dividiendo por –C Ax By C C C C −+ = − − − reordenando: 1 x y C C A B + =− − y si se llama p y q a las fracciones de los denominadores: 1 x y p q + = que es la denominada ecuación segmentaria de la recta. Donde los valores “p” y “q” son los segmentos que forma la recta con los ejes coordenados; o, dicho de otra manera, son los puntos donde la recta corta a los ejes coordenados ( ;0) (0; )p y q . Donde “p” recibe el nombre de abscisa al origen y “q” es de ordenada al origen. ECUACION DEL HAZ DE RECTAS QUE PASAN POR UN PUNTO Por un punto pasan infinitas rectas, todas tienen en común el mismo punto, pero varían en la inclinación respecto del eje X es decir tienen distintas pendientes por ello podemos hacer el siguiente análisis: Si partimos de la ecuación explicita y mx b= + como dicha ecuación verifica las coordenadas del punto 1 1 1( ; )P x y entonces nos queda 1 1y mx b= + si despejamos de esta última expresión el valor de la ordenada al origen “b” tenemos: 1 1b y mx= − y reemplazando en la ecuación y mx b= + , quedando de la siguiente manera: 1 1y mx y mx= + − en ella, sacando factor común “m” y despejando tenemos la ecuación buscada ( )1 1y y m x x− = − y x Q(0;b) P(a;0) y x y1 x1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 23 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ECUACION DE LA RECTA QUE PASA POR DOS PUNTOS Si queremos encontrar la ecuación de la recta que pasa por dos puntos nos basamos en la ecuación de las infinitas rectas que pasan por un punto salvo que esta al tener una pendiente definida es única. Si conocemos las coordenadas de los puntos 1 1 1 2 2 2( ; ) ( ; )P x y y P x y podemos razonar de la siguiente manera, como la pendiente “m” de una recta es la tangente trigonométricadel ángulo que la recta forma con el semieje positivo de las x tenemos que: 2 1 2 1 y y tg m x x α −= = − , y reemplazando en la ecuación del haz de rectas que pasan por un punto tenemos: ( )2 11 2 1 2 1 y y y y x x x x −− = − − que es la ecuación de la recta que pasa por dos puntos. DISTANCIA ENTRE DOS PUNTOS Utilizando la figura anterior podemos también calcular la distancia que existe entre los dos puntos, utilizando el teorema de Pitágoras suponiendo que la distancia es la hipotenusa nos queda: ( ) ( ) ( )2 2 21 2 1 2PP PN NP= + ( ) ( ) ( )2 2 21 2 2 1 2 1PP x x y y= − + − ( ) ( )2 21 2 2 1 2 1PP x x y y= − + − ( ) ( )2 22 1 2 1d x x y y= − + − y x P2(x2;y2) P1(x1;y1) x2-x1 y2-y1 x1 x2 y x P2 P1 x1 x2 y2 y1 x2-x1 y2-y1 O N UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 24 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ANGULO ENTRE DOS RECTAS. CONDICIONES DE PARALELISMO Y PERPENDICULARIDAD. Para determinar el ángulo que forman un par de rectas es necesario tener como datos las dos rectas dadas en forma explícita ya que vamos a demostrar que la forma para calcular dicho ángulo se basa en el uso de sendas pendientes. Datos 1 1 1 1 2 2 2 2 y mx b m tg y mx b m tg α β = + ⇒ = = + ⇒ = Si llamamos ω al ángulo que forman las rectas vemos según el gráfico que ω β α= − y usando las fórmulas de la trigonometría vemos que la: ( ) 1 21 2 1 21 . tg tg tg tg tg tg α αω α α α α −= − = + Pero como nosotros buscamos el ángulo ω aplicamos el arco tangente y nos queda: 1 2 1 21 . m m arctg m m ω −= + CONDICIÓN DE PARALELISMO: Si dos rectas son paralelas el ángulo que forman entre ellas es de valor 0 por tal motivo la tangente trigonométrica de 0 es igual a 0 donde: 1 2 1 2 0 1 . m m tg m m ω −= = + Para que este cociente sea cero el numerador debe ser cero 2 1 0m m⇒ − = , por tal motivo: 2 1m m= Conclusión: Dos rectas son paralelas si y solo si sus pendientes son iguales. CONDICIÓN DE PERPENDICULARIDAD: Si dos rectas son perpendiculares el ángulo que forman entre si es de 90º y la tangente trigonométrica de un ángulo recto es infinito, por tal motivo para que un cociente sea infinitamente grande el denominador de dicho cociente tiene que ser infinitamente pequeño, podemos intuir entonces que en el cociente el denominador es igual a cero: y x O w UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 25 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS 1 2 1 21 . m m m m − → ∞ + 1 21 . 0m m+ = ∴ 2 1 1 m m = − Conclusión: Dos rectas son perpendiculares si y solo si sus pendientes son recíprocas y opuestas. ECUACION NORMAL DE LA RECTA Si conocemos la distancia que la recta tiene respecto del origen de coordenadas y el ángulo que dicha distancia forma con el eje “x” podemos encontrar otra ecuación de la recta denominada ecuación normal de la recta. Si partimos de la ecuación segmentaria de la recta: 1 x y a b + = Y trabajamos con los triángulos que se ven en la figura ONP y ONQ y escribimos a los valores “a” y “b” de la ecuación segmentaria en función del coseno y seno del ángulo α respectivamente de la siguiente manera: En ONP cos cos cos ON d d a aOP α α α = ∴ = ⇒ = En ONQ ON d d sen sen b b senOQ α α α = ∴ = ⇒ = y x Q P b a N d y x r1 r2 y x r1 r2 90° Rectas paralelas Rectas perpendiculares UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 26 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Reemplazando los valores de a y b en la ecuación segmentaria nos queda: cos 1 1 cos x y x y sen d d d d sen α α α α + = ⇒ + = cos 1 x y sen d α α+ = cosx y sen dα α+ = cos 0x y sen dα α+ − = DISTANCIA DE UN PUNTO A UNA RECTA Mediante la ecuación normal de la recta demostrada en el tema anterior podemos calcular la distancia que existe entre un punto de coordenadas conocidas y la recta cuya ecuación también es conocida. Dada la ecuación normal de la recta r y el punto P1: 1cos 0x y sen dα α+ − = y 1 1 1( ; )P x y Para la demostración buscamos una recta r` que pasa por el punto P1 y es paralela a la recta dada r y la distancia buscada la vamos a llamar d y está dado por el segmento 1Q P d+ = . Por lo tanto la ecuación de la nueva recta paralela a r tendrá como ecuación: ( )1cos 0x y sen d dα α+ − + = Como la recta pasa por el punto verifica entonces sus coordenadas y sacando los paréntesis y despejando d nos queda: 1 1 1cosd x y sen dα α= + − No siempre se tiene como dato la ecuación normal de la recta por lo tanto para calcular la distancia entre la recta y un punto se utiliza la ecuación HESSIANA que no es nada más ni nada menos la ecuación normal escrita con los coeficientes de la ecuación general de la recta lo que hace mucho más sencillo el cálculo de la distancia, dicha ecuación si bien no la demostramos la indicamos acá: 1 1 2 2 . .A x B y C d A B + += ± + y x d1 r r' d P1(x1;y1) Q UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 27 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS DISTANCIA ENTRE DOS RECTAS PARALELAS Para obtener la distancia que existe entre dos rectas paralelas no hay una fórmula específica, utilizamos la fórmula que permite calcular la distancia de un punto a una recta. El procedimiento para calcular la distancia entre las rectas se procede de la siguiente manera: se debe tener como dato las ecuaciones de ambas rectas una en forma explícita y la otra en forma general, con la ecuación explícita encontramos un punto que pertenece a dicha recta y luego calculamos la distancia que existe entre ese punto y la otra recta utilizando la fórmula de distancia vista en el tema anterior, y el problema está resuelto. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 28 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS CÓNICAS Apolonio de Perge fue un geómetra griego del s.III a.C. famoso por su obra “Sobre las Secciones Cónicas”. Recopiló su labor en ocho libros y se lo conoce como el Gran Geómetra. Fue Apolonio quien le dio nombre a las cónicas tal cual las conocemos en la actualidad. Su obra abarca cónicas, curvas planas y la cuadratura de sus áreas. Las secciones cónicas, o cónicas solamente, son curvas que se obtienen como la intersección de un cono circular con un plano que no contenga al vértice del cono. Las distintas cónicas surgen en función de la inclinación del plano respecto del eje del cono. Si el plano es perpendicular al eje produce una circunferencia; si se lo inclina ligeramente, se obtiene una elipse; cuando es paralelo a una generatriz del cono se tiene una parábola y si corta a ambas ramas del cono la curva es una hipérbola. La ecuación general de segundo grado en dos variables es: 022 =+++++ FEyDxCyBxyAx En adelante solamente se tratarán cónicas cuyos ejes sean paralelos (o coincidentes) a los ejes coordenados, de manera que el término rectangular será nulo, por lo que B=0. La ecuación tratada quedará entonces como: 022 =++++ FEyDxCyAx Figura 1: Secciones cónicas. IMAGEN: http://huitoto.udea.edu.co/Matematicas/La_Parabola.html CIRCUNFERENCIA ELIPSE PARÁBOLA HIPÉRBOLA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 29 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS CIRCUNFERENCIA. Se conoce con el nombre de circunferencia al conjunto de los puntos del plano que equidistan de un punto fijo que se encuentra en el mismo plano.El punto fijo se conoce con el nombre de centro y la distancia a los puntos se conoce con el nombre de radio. O también: Se conoce con el nombre de circunferencia al conjunto de los infinitos puntos del plano que equidistan de un punto llamado centro, una distancia llamada radio. La circunferencia cuyo centro es el punto de coordenadas (h, k) y cuyo radio es la constante r, tiene por ecuación: ( ) ( ) 222 rkyhx =−+− ecuación canónica o cartesiana de la circunferencia. De la mencionada ecuación se puede obtener la siguiente expresión para el radio: ( ) ( )22 kyhxr −+−= También se puede establecer que la circunferencia con centro en el origen de coordenadas verificará que 00 == xyh , por lo cual su ecuación canónica será: 222 ryx =+ (0;0) r P=(x;y) y x C=(h;k) Figura 2: Elementos de una circunferencia. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 30 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Nótese que en el caso de que h=0, no habrá desplazamiento en x, por lo que el centro se encontrará sobre el eje de las ordenadas, mientras que si k=0, no habrá desplazamiento en y, por lo cual el centro se situará sobre el eje de las abscisas. Si se resuelven los cuadrados de binomio que aparecen en la ecuación canónica de la circunferencia: 22222 22 rykkyxhhx =−++−+ 022 22222 =−++−−+ rkhkyhxyx Figura 3: Distintas posiciones de la circunferencia. a) caso general. b) circunferencia centrada en el origen. c) origen sobre el eje de las ordenadas. d) origen sobre el eje de las abscisas. ( )22 2)c x y k r+ − = ( )2 2 2)d x h y r− + = ( ) ( )2 2 2)a x h y k r− + − = 2 2 2)b x y r+ = C=(0;0) C=(h;k) r P=(x;y) r P=(x;y) y x y x C=(h;0) r C=(0;k) r k h y y xx UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 31 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS que se escribe cual: 022 =++++ FEyDxyx ecuación general de la circunferencia. Para el caso de una circunferencia siempre se tendrá que A=C, constantes que pueden o no ser iguales a la unidad. Además, nótese que: 2 2 D hhD − =⇒−= 2 2 E kkE − =⇒−= FkhrrkhF −+=⇒−+= 22222 elementos que serán útiles para llevar la ecuación de una circunferencia desde la forma general a la forma canónica. Intersección entre circunferencia y recta: Dadas las ecuaciones de una recta y una circunferencia que se encuentran en el mismo plano, la situación que se plantea entre ellas podrá ser: a) que la recta sea secante a la circunferencia y existan dos puntos de intersección. b) que la recta sea tangente a la circunferencia y exista un único punto de contacto. c) que no exista ningún punto común entre ambas. Para encontrar los puntos de intersección en forma analítica, se deberá trabajar con la ecuación general de la circunferencia y con la ecuación explícita de la recta: 2 2 0x y Dx Ey F+ + + + = (ecuación de la circunferencia) y ax b= + (ecuación explícita de la recta) Para llevar adelante el cálculo en primer lugar deberá reemplazarse la ecuación de la recta en la ecuación de la circunferencia, con lo cual quedará una ecuación cuadrática con una sola incógnita: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 32 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS 2 2( ) ( ) 0x ax b Dx E ax b F+ + + + + + = 2 2 2 2 2 0x a x b abx Dx Eax Eb F+ + + + + + + = ( ) ( ) ( )2 2 21 2 0x a x ab D Ea b Eb F+ + + + + + + = en la última se establecen las siguientes igualdades: ( )21 a M+ = ( )2ab D Ea N+ + = ( )2b Eb F P+ + = resulta: 2 0Mx Nx P+ + = La ecuación cuadrática obtenida y deberá ser resuelta a partir de la fórmula conocida, pudiendo hallarse a partir de la misma: • 2 raíces reales: en cuyo caso la recta corta a la circunferencia. • 1 única raíz real: la recta es tangente a la circunferencia. • raíces complejas: la recta y la circunferencia nunca se tocan. Las raíces serán las abscisas de los puntos buscados, mientras que las ordenadas de los mismos se obtendrán a través del reemplazo de los valores obtenidos en la ecuación de la recta dato. Ejemplo 1: Intersección entre recta y circunferencia. Dadas las ecuaciones de una circunferencia y una recta, encontrar los puntos de intersección que existen, tanto analítica como gráficamente. 2 2 4 6 3 0 3 0 x y x y x y + + − − = + + = En primer término, se procederá al cálculo analítico. P1 P2 P1 Figura 4: Intersección entre recta y circunferencia. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 33 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Se pueden ver las ecuaciones de la recta y de la cónica expresadas en su forma general, por lo tanto se deberá despeja la variable “y” de la ecuación de la recta, es decir se expresa la recta a partir de su ecuación explícita: 3y x= − − la expresión obtenida se reemplazará en la ecuación de la circunferencia: ( ) ( )22 2 2 2 2 3 4 6 3 3 0 9 6 4 6 18 3 0 2 16 24 0 8 12 0 x x x x x x x x x x x x x + − − + − − − − = + + + + + + − = + + = ⇒ + + = ( )22 1,2 1,2 8 8 4.1.124 2 2 .1 b b a c x x a − ± − −− ± − = ⇒ = 2 1,2 1,2 8 4 8 16 2 2 b a c x x a − ± − − ±= ⇒ = 1,2 1 2 8 4 4 12 2; 6 2 2 2 x x x − ± − −= ⇒ = = − = = − Se han obtenido de esta forma las abscisas de sendos puntos; restará encontrar la imagen de cada uno de ellos, para lo cual se deberá reemplazar los valores de x en la ecuación de la recta: 1 23 2 3 1; 6 3 3y x y y= − − ⇒ = − = − = − = ( ) ( )1 22; 1 ; 6;3P P− − − PUNTOS BUSCADOS. Para hacer la representación gráfica se deberán encontrar los elementos necesarios: radio y coordenadas del centro. La circunferencia tiene una ecuación general de la forma: 2 2 0x y Dx Ey F+ + + + = Además se sabe que: 4 6 2; 3 2 2 2 2 D Eα β− − −= = = − = = = 2 2r Fα β= + − ( )2 22 3 3 4r r= − + + ⇒ = La ecuación canónica circunferencia resulta: ( ) ( )2 2x+2 + y-3 =16 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 34 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Se observa finalmente que la gráfica de las ecuaciones coincide con el resultado hallado de manera analítica. Intersección entre dos circunferencias: Dadas las ecuaciones de dos circunferencias, restando miembro a miembro las mismas, se obtendrá la ecuación de una recta en su forma general o implícita: ( ) ( ) ( ) 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 0 0 0 x y D x E y F x y D x E y F D D x E E y F F + + + + = + + + + = − + − + − = Si: ( ) ( ) ( )1 1 1 2 1 2; ;D D H E E I F F J− = − = − = con lo cual se tiene la ecuación de la recta: Hx+Iy+J=0 con la que se procederá de la misma manera que se vio para intersección entre recta y circunferencia. Puede ocurrir que los coeficientes de los términos cuadráticos sean diferentes en las ecuaciones de las circunferencias a tratar, en cuyo caso se deberán multiplicar los términos de la ecuación de cada una de las circunferenciaspor el término cuadrático de la otra y proceder de idéntica manera. En cualquiera de los casos la ecuación lineal resultante es la ecuación de la recta que pasa por los puntos de intersección de las dos circunferencias, llamada eje radical y es perpendicular a la recta que une los centros. -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 -2 2 4 6 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 35 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Se puede encontrar de manera gráfica el eje radical de dos circunferencias que no tienen contacto entre si, como las circunferencias 1 y 2 del dibujo (figura 5); para ello: 1. Se dibuja una circunferencia auxiliar secante a ambas (circunferencia 3). 2. Se determina el eje radical de (3) con las otras dos circunferencias obteniéndose un punto en el cual se intersectan los dos ejes radicales. 3. Se traza una perpendicular al segmento C1C2 por el punto común a los dos ejes anteriores, resultando el eje radical 1-2 que es el buscado. Ejemplo 2: Intersección entre circunferencias. Sean las ecuaciones correspondientes a dos circunferencias, se solicita hallar, de existir, los puntos de intersección entre ambas, tanto de manera analítica como gráfica. 2 2 2 2 2 6 6 0 2 2 2 0 x y x y x y x y + − − − = + − − − = Tal como se expresó en la teoría, se procederá en primer lugar a restar miembro a miembro las dos ecuaciones, lo cual dará como resultado la ecuación de una recta: C2 C1C3 Eje Radical 1-2 Eje Radical 1-3 Eje Radical 2-3 Figura 6: Eje radical de dos circunferencias exteriores. P1 P2 C2 C1 Eje Radical P1 C2 C1 Eje Radical Figura 5: Eje radical de dos circunferencias. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 36 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS 2 2 2 2 2 2 2 6 6 0 2 2 2 0 0 0 0 4 4 0 x y x y x y x y x y x y + − − − = + − − − = + − − − = De la cual se desprende: 1y = − , la cual se deberá reemplazar en la ecuación de cualquiera de las dos circunferencias. ( ) ( )22 2 2 1 2 6 1 6 0 1 2 6 6 0 2 1 0 x x x x x x + − − − − − = + − + − = − + = ( )22 1,2 1,2 2 2 4.1.14 2 2 .1 b b a c x x a ± − −− ± − = ⇒ = 1,2 1 2 2 0 1 2 .1 x x x ±= ⇒ ≡ = ( )1 1; 1P − PUNTO BUSCADO En el caso analizado existe solamente un punto de contacto, por lo cual las dos circunferencias son tangentes en el mencionado punto. Considerando la ecuación general de la circunferencia, se hallan los elementos necesarios para escribir la forma general de la ecuación de la cónica. 2 2 2 6 6 0x y x y+ − − − = 2 6 1; 3 2 2 2 2 D Eα β− −= = = = = = 2 2r Fα β= + − 2 21 3 6 4r r= + + ⇒ = La ecuación canónica de la circunferencia resulta: ( ) ( )2 2x-1 + y-3 =16 2 2 2 2 2 0x y x y+ − − − = 2 2 1; 1 2 2 2 2 D Eα β− −= = = = = = 2 2r Fα β= + − La ecuación canónica de la circunferencia resulta: ( ) ( )2 2x-1 + y-1 =4 Según lo expresado en la teoría la recta 1y = − representa el eje radical. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 37 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Nuevamente se puede apreciar que la representación gráfica coincide con el resultado hallado de manera analítica. -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 -2 2 4 6 y UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 38 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS PARÁBOLA. Se conoce con el nombre de parábola al lugar geométrico de todos los puntos del plano que equidistan de un punto fijo llamado foco (F) y una recta fija llamada directriz (l). El punto F (foco) no se encuentra contenido en la recta l. Aunque los puntos de la parábola pueden localizarse mediante la aplicación directa de la definición de parábola, es más fácil obtenerlos a partir de la ecuación de la curva. Se puede escribir la ecuación más sencilla de la parábola si los ejes coordenados se colocan en una posición especial con respecto a la directriz y al foco. El eje x se coloca sobre la recta que pasa por el foco y es perpendicular a la directriz, en tanto que el origen se coloca en el vértice. Las coordenadas del foco se representan con F (p/2; 0) y la ecuación de la directriz con x = -p/2. Por definición: PF QF= , entonces: de la que se obtiene: 2 2y px= que es la ecuación canónica de la parábola. Figura 7: Elementos de una parábola. F (foco) VO P(x;y) e (eje focal) l (directriz) d P x p y p x +=+ − 22 2 2 xFV P(x;y) e l d p/ 2 Q Figura 8: Parábola con el vértice en el centro de coordenadas. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 39 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS El valor “p” se conoce como parámetro y es la distancia que existe entre el foco de la parábola y la recta directriz. Se puede notar que en la ecuación de la parábola solamente una de las variables se encuentra elevada al cuadrado, mientras que la otra aparece en un término lineal. Posiciones de la parábola con vértice en el origen: Ecuación: y2 = 2px Foco: (p/2; 0) directriz: x = -p/2 Ecuación: y2 = -2px Foco: (-p/2; 0) directriz: x = p/2 Ecuación: x2 = 2py Foco: (0; p/2) directriz: y = -p/2 Ecuación: x2 = -2py Foco: (0; -p/2) directriz: y = p/2 y l l F F x y x O=V O=V l l F F O=V y y O=V x x Figura 9: Posiciones de la parábola con vértice en el origen. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 40 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Lado recto de una parábola: El segmento que, pasando por el foco de la parábola de manera perpendicular al eje focal, une dos puntos de la cónica (A y B) se conoce con el nombre de lado recto. La principal característica del lado recto de una parábola es que su longitud es igual al valor absoluto de 2p. 2Lr p= Puede notarse que encontrado el valor del parámetro p, se podrán obtener todos los elementos necesarios para el trazado gráfico de la parábola. Ejemplo 3: Intersección entre recta y parábola. Dadas las ecuaciones de parábola y recta respectivamente, analizar la existencia de puntos comunes a ambos. Trabajar de manera gráfica y analítica. 2 4 0 2 0 y x x y − + = − + + = En primer término se procederá al cálculo analítico. 2y x= − la expresión obtenida se reemplazará en la ecuación de la parábola, por lo que: 2 2 2 2 4 0 2 0 2 0 x x x x x x − − + = − + + = − − = ( ) ( )22 1,2 1,2 1 1 4 1 24 2 2 .1 b b a c x x a ± − −− ± − = ⇒ = 1,2 1 2 1 3 4 2 2; 1 2 2 2 x x x ± −= ⇒ = = = = − 1 1 2y x= − ⇒ 1 2 2y = − ⇒ 1 0y = 2 2 2y x= − ⇒ 2 1 2y = − − ⇒ 2 3y = − ( ) ( )1 22;0 ; 1; 3P P − − F (foco)V l A B Figura 10: Lado recto de la parábola. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 41 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Gráficamente, se representa cual: Nótese que la intersección gráfica, coincide con el resultado analítico del planteo. Ecuación de la parábola con vértice no coincidente con el origen: Sea una parábola que tiene el vértice en el punto V(h;k) no coincidente con el origen de coordenadas, se muestran las cuatro posiciones posibles con los elementos correspondientes: l F V(h;k) y xO l F V(h;k) y x O Ecuación: (y-k)2 = 2p(x-h) Foco: (h+p/2; k) directriz: x = h-p/2 Ecuación: (y-k)2 = -2p(x-h) Foco: (h-p/2; k) directriz: x = h+p/2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTADDE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 42 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Ecuación general de la parábola: Teniendo presente la ecuación: 2 2 0Ax Cy Dx Ey F+ + + + = , se puede decir que la misma representa una parábola cuando solamente una de las variables (x o y) aparecen elevadas al cuadrado, es decir que A o C debe ser igual a cero. Cumplida esa condición y explicitando la variable lineal se llegará a una de las dos posibilidades siguientes: • Si A=0: 2 0Cy Dx Ey F+ + + = ⇒explicitada, la ecuación se expresa como 2x = ay + by+ c que representa una parábola en la cual el eje focal es paralelo al eje de las abscisas (x). • Si C=0: 2 0Ax Dx Ey F+ + + = ⇒explicitada, la ecuación se expresa como 2y = ax + bx+ c que representa una parábola en la cual el eje focal es paralelo al eje de las ordenadas (y). Para cualquiera de los dos casos, cuando el término b, que es la constante que acompaña al término lineal, es nulo, el vértice de la parábola se encuentra sobre el eje coordenado. Si tanto el término b como el c son nulos, el vértice de la parábola se encuentra en el origen de coordenadas. l F V(h;k) y xO F V(h;k) y xO l Ecuación: (x-h)2 = -2p(y-k) Foco: (h; k-p/2) directriz: y = k+p/2 Ecuación: (x-h)2 = 2p(y-k) Foco: (h; k+p/2) directriz: y = k-p/2 Figura 11: Parábola con vértice no coincidente con el origen de coordenadas. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 43 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Ejemplo 4: Aplicación de parábola. Uno de los cables parabólicos de un puente colgante se encuentra suspendido entre dos torres que distan entre sí 480m y del cual se ha medido una flecha de 60m. Determinar la ecuación del cable. Se disponen convenientemente los ejes coordenados como se muestra en la figura, de manera que el origen coincide con el punto más bajo de la parábola. Utilizando los datos que brinda el enunciado se puede establecer que el punto extremo (derecho) de la parábola tiene coordenadas (240; 60), de manera que se podrá hallar el valor del parámetro p. 2 2x py= 2 2240 2 60 240 120p p= ⇒ = 2240 480 120 p p= ⇒ = 2 2.480.x y= 2 960x y= 60 480 (0;0) (240;60) x y UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 44 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS ELIPSE. Se conoce con el nombre de elipse al lugar geométrico de los puntos del plano tales que la suma de las distancias de cada uno de ellos a dos puntos fijos denominados focos (F1 y F2) es constante. 1 2PF PF cte+ = El centro de la elipse (punto C) se encuentra sobre el eje focal y es el punto medio del segmento 1 2F F . En una elipse, el eje que contiene a los focos (F1, F2) se conoce como eje focal (para el caso de la figura 11 coincide con el eje x) y el mismo contiene también al centro de la elipse. El eje perpendicular al eje focal y que pasa por el centro (C) se conoce con el nombre de eje transversal. Los puntos V1 y V2 son los vértices de la elipse ubicados sobre el eje focal y el segmento entre los dos se conoce como eje mayor de la elipse (su longitud es 2a), mientras que los puntos B1 y B2 son los vértices de la elipse ubicados sobre el eje transversal y el segmento entre los dos se conoce como eje menor de la elipse (su longitud es 2b). La distancia entre el centro de la elipse y cualquiera de los focos se conoce con el nombre de distancia focal y se la nombra como c. 2 2c a b= − Elipse con centro en el origen: Sea una elipse con centro en el origen, dado que el centro forma parte del eje focal, este último será coincidente con alguno de los ejes coordenados. En la figura 12 se muestra una elipse con el eje focal sobre el eje de las abscisas, con los elementos sobresalientes indicados y las coordenadas de los puntos en el cuadro adjunto. En la figura 13 el eje focal se ubica sobre el eje de las ordenadas. F1 F2V1 V2 P(x,y) B1 B2 Eje Focal b c a C x y Figura 12: Elipse: elementos. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 45 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS (Nótese que en todos los casos el eje focal es el más extenso y siempre se lo identifica como 2a, de manera que se verificará siempre que a>b) Eje focal de la elipse en x: Ecuación de la elipse: 1 2 2 2 2 =+ b y a x Eje focal de la elipse en y: Ecuación de la elipse: F1 F2V1 V2 a C x y b C (0;0) F1 (-c;0) F2 (c;0) V1 (-a;0) V2 (a;0) Figura 13: Elipse con centro en el origen. Eje focal en x. F1 F2 V1 V2 a C x y b C (0;0) F1 (0;c) F2 (0;-c) V1 (0;a) V2 (0;-a) Figura 14: Elipse con centro en el origen. Eje focal en y. 2 2 2 2 1 y x a b + = UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 46 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Excentricidad y lado recto de una elipse: El segmento que pasa por cada uno de los focos de la elipse, perpendicular al eje mayor de la misma, uniendo dos puntos que pertenecen a la elipse, se conoce con el nombre de lado recto. En la figura 14 se muestra el lado recto que pasa por el foco F1, representado por el segmento 1 2M M . Análogamente, un segmento igual se considera pasando por el otro foco. El lado recto permite determinar cuatro puntos de la elipse, muy útiles para un trazado aproximado de la misma en la representación gráfica. El mencionado lado recto se calcula en todos los casos como: 22.b Lr a = La excentricidad, que para el caso de una elipse será siempre inferior a la unidad, se define por la expresión: c e a = , en la que c se sabe, es la distancia desde el centro al foco y a es la longitud del semieje mayor de la elipse. Se puede decir que la excentricidad otorga una idea del alargamiento que tiene una elipse. Cuanto más cercano a la unidad sea el valor de la excentricidad, más alargada será la misma, en tanto que si la excentricidad se aproxima a cero, la elipse se parece más a una circunferencia (cuando e se aproxima más a cero, menos excéntrica es la elipse). Para tener una idea práctica de los valores, la excentricidad de la órbita que describe la Tierra en su movimiento de traslación alrededor del sol es igual a 0,02, es decir que se trata casi de una circunferencia. F1 F2V1 V2C x y M1 M2 Figura 15: Lado recto de una elipse. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 47 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Ejemplo 5: Elementos de una elipse. Gráfica. Dada la ecuación de la elipse que se muestra, determinar los elementos de la misma y graficarla. 2 2 1 25 9 x y+ = Debido a la forma de la ecuación que se puede observar, la misma se trata de una elipse con centro en el origen de coordenadas, de manera que puede afirmarse de forma segura: (0;0)C = coordenadas del centro 2 25 5 2 10a a a= ⇒ = ⇒ = es el eje focal. 2 9 3 2 6b b b= ⇒ = ⇒ = es el eje transversal. c, que es la distancia focal, será: 2 25 3 4c c= − ⇒ = 2 2.4 2 8c c= ⇒ = es la distancia entre los dos focos. El lado recto se calcula como: 2 22. 2.3 3,6 5 b Lr Lr Lr a = ⇒ = ⇒ = Excentricidad: 4 0,8 5 c e e a = ⇒ = = que es menor a la unidad, tal como lo exige una elipse. Ejemplo 6: Hallar la ecuación de la elipse que tiene una longitud del eje mayor de 10 unidades, una longitud del eje menor de 6 unidades y el eje focal el eje de las ordenadas. 2 10 5 2 6 3 a a b b = ⇒ = = ⇒ = 2 2 1 9 25 x y+ = F1 F2V1 V2 5 C x y 3 C (0;0) F1 (-4;0) F2 (4;0)V1 (-5;0) V2 (5;0) B1 B2 B1 (0;3) B2 (0;-3) UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 48 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Elipse con centro (h;k) no coincidente con el origen: El caso más general es de la elipse cuyo centro no se encuentra en el origen de coordenadas, en cuyo caso se puede decir que tiene centro C(h,k) y sus ejes son paralelos a los ejes coordenados. Ecuación general de la elipse: En la ecuación de segundo grado en dos variables (x; y) en la que no existe término rectangular (B=0 como se estableció al principio): 2 2 0Ax Cy Dx Ey F+ + + + = se deberá cumplir que A≠0; C≠0 y además A y C diferentes entre sí y con el mismo signo. Cumplidas esas condiciones la ecuación general puede: • representar una elipse de ejes paralelos o coincidentes a los ejes coordenados, • representar un punto, • no representar un lugar geométrico real, para ello se deberán cumplir algunas condiciones entre los coeficientes que forman parte de la ecuación general. En este curso cuando se cumplan las condiciones de A≠0; C≠0 y además A y C diferentes entre sí y con el mismo signo se dirá que se trata de una elipse. F1 (h-c;k) x C(h;k) y F2 (h+c;k) V2 (h+a;k) V1 (h-a;k) x y C(h;k) V2 (h;k-a) V1 (h;k+a) F1 (h;k+c) F2 (h;k-c) Figura 16: Elipse desplazada. Centro no coincidente con el origen y eje focal paralelo a los ejes coordenadas. ( ) ( )2 2 2 2 1 x h y k a b b a − − + = >( ) ( ) 2 2 2 2 1 x h y k a b a b − − + = > UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 49 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS HIPÉRBOLA. Se conoce con el nombre de hipérbola al lugar geométrico de los puntos del plano tales que la diferencia en valor absoluto de las distancias de cada uno de ellos a dos puntos fijos denominados focos (F1 y F2) es igual a una constante. 1 2F P PF cte− = La recta l que contiene a los focos de la hipérbola (F1- F2) se conoce con el nombre de eje principal, en tanto que el otro eje (perpendicular al focal) que es notado como l’ , que no contiene a los focos, se conoce con el nombre de eje normal. Una de las principales características de la hipérbola es la existencia del rectángulo fundamental, que es el que queda formado en el centro y cuyos lados son el segmento de longitud 2a, conocido como eje transverso o eje focal y el segmento de longitud 2b, conocido como eje conjugado o eje imaginario. El punto C es el centro de la hipérbola y se encuentra sobre el eje focal, siendo el punto medio del segmento 1 2F F . Los puntos V1 y V2 son los vértices reales, los cuales son los extremos del segmento transverso o eje transverso, en tanto que los puntos B1 y B2 son los vértices imaginarios y son los extremos del eje conjugado o segmento conjugado. La distancia que existe entre el centro de hipérbola y cualquiera de los dos focos se conoce con el nombre de distancia focal y se puede calcular como: 2 2c a b= + Figura 17: Hipérbola: elementos. F2 F1 B1 a C l (eje focal) l' b B2 V2 V1 c P(x,y) a2 a1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 50 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Hipérbola con centro en el origen de coordenadas: Son hipérbolas que tienen los focos sobre algunos de los ejes coordenados y el centro C coincidente con el origen de coordenadas. En las figuras de abajo se tienen dos hipérbolas, una donde los focos están sobre el eje de las abscisas (hipérbola horizontal) y la otra donde los focos se encuentran sobre el eje de las ordenadas (hipérbola vertical). Para el caso de las hipérbolas se nombra siempre con a al semieje real o transverso, independientemente de la longitud relativa del mismo. El eje real siempre llevará el término positivo. Ecuación canónica de la hipérbola centrada en O y con eje focal x: 2 2 2 2 1 x y a b − = Ecuación canónica de la hipérbola centrada en el origen de coordenadas (O) y con eje focal y: 2 2 2 2 1 y x a b − = F2 F1 a C(0;0)V2 V1 x y C (0;0) F1 (c;0) F2 (-c;0) V1 (a;0) V2 (-a;0) Figura 18: Hipérbola centrada en el origen con eje focal en x. C (0;0) F1 (0;c) F2 (0;-c) V1 (0;a) V2 (0;-a) F1 F2 a C(0;0) V1 V2 x y Figura 19: Hipérbola con centro en el origen y eje focal en y. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 51 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Lado recto y excentricidad de una hipérbola: El segmento que pasa por cada uno de los focos de la hipérbola, perpendicular al eje real o eje transverso, uniendo dos puntos que pertenecen a la hipérbola, se conoce con el nombre de lado recto. En la figura 19 se muestra el lado recto que pasa por el foco F1, representado por el segmento 1 2M M . De la misma forma el lado recto se puede trazar pasando por el foco F2. El lado recto permite determinar puntos de la hipérbola, muy útiles para un trazado aproximado de la misma en la representación gráfica. El mencionado lado recto se calcula, al igual que en la elipse como: 22.b Lr a = La excentricidad de la hipérbola se define por la expresión: c e a = , en la que c se sabe, es la distancia desde el centro al foco y a es la longitud del semieje transverso de la hipérbola. Su valor será en cualquier caso superior a la unidad. Asíntotas de una hipérbola: Si para una curva existe una recta tal que, al tomar puntos cada vez más alejado del origen, la distancia entre el punto considerado y la recta es cada vez menor y tiende a cero, dicha recta se llama asíntota de la curva. La hipérbola cuenta con dos asíntotas, las cuales tendrán ecuaciones de la forma: Para una hipérbola del tipo: F2 F1V2 V1 x y C M1 M2 Figura 20: Lado recto de una hipérbola. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 52 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS 2 2 2 2 1 x y a b − = las asíntotas serán: .by x a = ; .by x a = − y para una hipérbola de ecuación: 2 2 2 2 1 y x a b − = las asíntotas serán: .ay x b = ; .ay x b = − Ejemplo 7: Elementos de una hipérbola. Gráfica. Dada la siguiente ecuación, determinar a qué cónica corresponde, cuales son los elementos de la misma y graficarla. 2 2 1 25 9 x y− = Debido a la forma de la ecuación canónica se puede asegurar que la misma corresponde a una hipérbola cuyo centro se halla en el origen de coordenadas (es decir que no se encuentra desplazada). También se puede decir que el eje focal es el eje x, ya que al mismo le corresponde el término positivo. 2 25 5 2 10a a a= ⇒ = ⇒ = es el eje transverso. 2 9 3 2 6b b b= ⇒ = ⇒ = es el eje conjugado. c, que es la distancia focal, será: 2 25 3 5,83c c= + ⇒ = 2 2.5,83 2 11,66c c= ⇒ = es la distancia entre los focos. El lado recto se calcula como: 2 22. 2.3 3,6 5 b Lr Lr Lr a = ⇒ = ⇒ = Excentricidad: 5,83 1,17 5 c e e a = ⇒ = = que es mayor a la unidad. V2 V1 x y C Asíntota Asíntota Figura 21: Asíntotas de una hipérbola. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE – FACULTAD DE ARQUITECTURA Y U RBANISMO CIENCIAS BÁSICAS 53 TRIGONOMETRÍA – RECTA EN EL PLANO - CÓNICAS Las ecuaciones de las asíntotas, para una hipérbola con centro en el origen: 3 5 b y y a = ⇒ = y : 3 5 b y y a = − ⇒ = − Hipérbolas con centro desplazado respecto del origen: La hipérbola de la figura 21, cuyo centro se encuentra en C (h;k) desplazado del origen de coordenadas y el eje focal paralelo al eje de las abscisas, tendrá una ecuación canónica del tipo:
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