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1 TRIGONOMETRÍA a UNIDAD TRIGONOMETRÍA MANUAL DOCENTE INACAP Ciencias Básicas Vicerrectoría de Académica de Pregrado 2016 MANUAL DOCENTE “TRIGONOMETRÍA” UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CHILE - INACAP UNIDAD 2 TRIGONOMETRÍA UNIDAD TRIGONOMETRÍA EDICIÓN 2019 Creación Lorena Rosas Toro Germán Osses Romano Dirección Alejandro García Miño EDICIÓN 2020 Creación Bernardita Pérez Ureta Validación María Verónica Férnandez Dirección Alejandro García Miño Juan Pablo Vargas UNIDAD 3 TRIGONOMETRÍA PRESENTACIÓN MATEMÁTICA tiene dos propósitos fundamentales, primero nivelar a los alumnos de las áreas de Ingeniería en habilidades matemáticas necesarias para la vida, mediante estrategias de clase expositiva, solución de ejercicios y problemas y, segundo, contribuir en la formación técnica de los alumnos, mediante el desarrollo de destrezas que mejoren su desempeño profesional. Para ello esta asignatura busca promover el desarrollo de la competencia genérica de resolución de problemas. Competencia que busca promover en los estudiantes el desarrollo del razonamiento lógico necesario para asumir desafíos del mañana como futuro profesional. El MANUAL DOCENTE “TRIGONOMETRÍA” ofrece una variedad de problemas y ejercicios asociados a los objetivos de aprendizaje presentes en la unidad de Resolución de Problemas presente en el programa de la asignatura. La propuesta constituye una guía para organizar, orientar y complementar el trabajo del docente. Esperamos que este material sea de ayuda tanto para el estudiante como para el docente. Éxito en esta etapa de la asignatura ÁREA DE CIENCIAS BÁSICAS VICERRECTORÍA ACADÉMICA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CHILE INACAP – 2020 UNIDAD 4 TRIGONOMETRÍA TRIGONOMETRÍA La trigonometría, al igual que cualquier otra rama de la matemática, fue el resultado de la labor de muchos matemáticos. Su historia se remonta a los astrónomos babilónicos de los siglos V y IV a.c., quienes acumulando una cantidad de datos astronómicos y astrológicos permitirían a los matemáticos griegos construir la trigonometría gradualmente. El aporte de los griegos fue un estudio sistemático de las relaciones entre los ángulos centrales (o sus arcos correspondientes) en un círculo y las longitudes de las cuerdas que los subtienden. Los astrónomos de la época Alejandrina ya habían empezado a trabajar en problemas que apuntaban de una manera cada vez más urgente a la necesidad de establecer sistemáticamente relaciones entre los ángulos y las cuerdas. Estas relaciones les permitieron calcular, a través de las proporciones, el tamaño de la Tierra y las distancias relativas al Sol y a la Luna. Hiparco de Nicea (140 a.C.), es considerado como el padre de la trigonometría, en efecto durante varios siglos los griegos se habían dedicado a estudiar las relaciones entre rectas y circunferencias y habían aplicado estas relaciones a gran cantidad de problemas astronómicos, pero de todo ello no había resultado nada que pudiera llamarse una trigonometría más o menos sistemática. Todo parece indicar que a mediados del siglo II a.C. fue armada la primera tabla trigonométrica por obra del astrónomo Hiparco de Nicea. Sin embargo, no es sino hasta principios del siglo XVII, el matemático John Napier inventó los logaritmos y gracias a esto los cálculos trigonométricos recibieron un gran empuje. A mediados de este siglo Isaac Newton, utilizando series infinitas, encontró la serie para el sen(x) y series similares para el cos(x) y la tan(x). Finalmente, en el siglo XVIII, el matemático Leonhard Euler encontró la relación entre las propiedades trigonométricas y los números complejos. APRENDIZAJES ESPERADOS Resuelve problemas de la disciplina y/o especialidad, que involucren tópicos introductorios de trigonometría. (Integrada Competencia Genérica Resolución de Problemas) CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Transformando medidas angulares de un sistema a otro. 2. Calculando razones trigonométricas en triángulos rectángulos. 3. Utilizando el teorema del seno y/o teorema del coseno en diversos triángulos. UNIDAD 5 TRIGONOMETRÍA 4. Representando la función seno, con traslaciones y/o deformaciones, mediante su registro algebraico y/o gráfico. 5. Representando la función coseno, con traslaciones y/o deformaciones, mediante su registro algebraico y/o gráfico. 6. Calculando imágenes y/o preimágenes de funciones seno y coseno. 7. Identificando las características principales de las funciones seno y coseno. CONTENIDOS 1. Trigonometría en el triángulo rectángulo: Razones trigonométricas. Razones trigonométricas de ángulos notables. 2. Teoremas fundamentales: Teorema del seno. Teorema del coseno. 3. Funciones seno y coseno: Definición de funciones seno y coseno. Representación gráfica de la función seno y coseno. Representando la función coseno y seno, con traslaciones y/o deformaciones. Cálculo de imágenes y preimágenes de funciones seno y coseno. 6 TRIGONOMETRÍA PLANIFICACIÓN DE UNIDAD UNIDAD: TRIGONOMETRÍA APRENDIZAJE ESPERADO CRITERIOS DE EVALUACIÓN CONTENIDOS HORAS SUGERIDAS ACTIVIDADES MÍNIMAS OBLIGATORIAS EN EL AULA (A.M.O.) ACTIVIDADES ON LINE Y EJERCITACIÓN MATEMÁTICA FUERA DEL AULA Resuelve problemas de la disciplina y/o especialidad, que involucren tópicos introductorios de trigonometría. (Integrada Competencia Genérica Resolución de Problemas) 1. Transformando medidas angulares de un sistema a otro. 2. Calculando razones trigonométricas en triángulos rectángulos. 3. Utilizando el teorema del seno y/o teorema del coseno en diversos triángulos. 4. Representando la función seno, con traslaciones y/o deformaciones, mediante su registro algebraico y/o gráfico. 5. Representando la función coseno, con traslaciones y/o deformaciones, mediante su registro algebraico y/o gráfico. 1. Trigonometría en el triángulo rectángulo: •Razones trigonométricas. •Razones trigonométricas de ángulos notables. 2. Teoremas fundamentales: •Teorema del seno. •Teorema del coseno. 3. Funciones seno y coseno: •Definición de funciones seno y coseno. •Representación gráfica de la función seno y coseno. •Representando la función coseno y seno, con 24 horas: 22 horas clases lectivas 2 horas evaluación sumativa ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 01: - Actividad: “Quién tiene la razón” - Análisis de ángulos y el sentido horario y antihorario de transformación de grados a radianes y configuración de la calculadora. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de análisis, en la primera parte el objetivo es que discutan y analicen el significado de medidas angulares y el sentido horario y antihorario. En la segunda parte el objetivo es que el estudiante a través de la observación llegue a obtener una relación entre grados y radianes y obtenga una forma de calcular las transformaciones de un sistema a otro. Posterior al momento de discusión entre los pares, se sugiere formalizar los conceptos de medidas angulares, sistemas de medición y el sentido horario y antihorario de los ángulos. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 02: - Problema “Las cerchas” - Discusión sobre estrategias y/o conceptos implicados en la situación. Se recomienda recordar el teorema de Thales y algunas propiedades de semejanzas entre triángulos. - Las medidas angulares I (AOL01.) - Las medidas angulares II (AOL02) - Ángulos y razones Trigonométricas (AOL03) - ExpresionesTrigonométricas (AOL04) - El avión (AOL05) - El faro (AOL06) - Los segmentos (AOL07) - Los segmentos (AOL08) Desafío On Line: Las áreas (DES01) Actividades de Trabajo Autónomo Ejercitación con problemas rutinarios y no rutinarios del manual del estudiante. UNIDAD 7 TRIGONOMETRÍA 6. Calculando imágenes y/o preimágenes de funciones seno y coseno. 7. Identificando las características principales de las funciones seno y coseno. 8. Estableciendo propuestas de solución pertinentes. traslaciones y/o deformaciones. •Cálculo de imágenes y preimágenes de funciones seno y coseno. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de descubrimiento. Se sugiere implementar previo a la enseñanza de las razones trigonométricas. Posterior al momento de discusión, se sugiere formalizar las razones trigonométricas y sus recíprocos. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 03: - Problema “Midamos INACAP” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad con una doble finalidad, por una parte, profundizar el trabajo con razones trigonométricas y por otra parte reforzar la resolución de situación problemáticas aplicadas a contextos reales, de tal forma que el estudiante reconozca la importancia de trazar una estrategia para resolver una situación problema y luego ponga en práctica los conocimientos adquiridos. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 04: - Problema “El mapa” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad con una doble finalidad, por una parte, profundizar el trabajo con razones trigonométricas y UNIDAD 8 TRIGONOMETRÍA por otra parte, introducir los teoremas del seno y coseno. Posterior al momento de discusión de estrategias, se sugiere formalizar los teoremas del seno y coseno y/o profundizar nociones nuevas e importantes, relacionadas con el teorema del seno y coseno, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 05: - Problema “El lote 38”. - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de profundización. Se sugiere implementar para ahondar el estudio de los teoremas del seno y coseno. Posterior al momento de discusión de estrategias, se sugiere formalizar y/o profundizar nociones nuevas e importantes, relacionadas con los teoremas del seno y coseno, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 06: - Problema “La rueda hidráulica” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de introducción a la gráfica de la función seno y coseno. Se sugiere implementar para iniciar el estudio de las gráficas de la función seno y coseno, UNIDAD 9 TRIGONOMETRÍA para lo que se recomienda finalizar con la actividad de ampliación de conocimientos que facilitará la formalización y/o profundización de nociones nuevas e importantes, relacionadas con las funciones del seno y coseno, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 07: - Actividad “Experimentando con Geogebra I” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de análisis de la gráfica de la función seno y coseno, respecto del cambio de amplitud de estas ondas. Se sugiere implementar para iniciar el estudio de las deformaciones de las gráficas de la función seno y coseno. Posterior al momento de discusión de estrategias, se sugiere formalizar y/o profundizar nociones nuevas e importantes, relacionadas con la amplitud de las funciones seno y coseno, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 08: - Actividad “Manecillas del reloj” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de análisis de la gráfica de la función seno y coseno, respecto del cambio en el periodo de estas UNIDAD 10 TRIGONOMETRÍA ondas. Se sugiere implementar para continuar el estudio de las deformaciones de las gráficas de la función seno y coseno. Posterior al momento de discusión de estrategias, se sugiere formalizar y/o profundizar nociones nuevas e importantes, relacionadas con el periodo, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 09: - Actividad “Experimentando con Geogebra II” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de análisis de la gráfica de la función seno y coseno, respecto de las traslaciones de ellas en el eje x y en el eje y. Se sugiere implementar para continuar el estudio de las deformaciones de las gráficas de la función seno y coseno. Posterior al momento de discusión de estrategias, se sugiere formalizar y/o profundizar nociones nuevas e importantes, relacionadas con las traslaciones de las funciones sen y cos, que emerjan de su solución y sean relevantes para la comprensión del problema. Duración estimada: 45 minutos aprox. • ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA 10: - Actividad “Los engranajes” - Discusión sobre estrategias y conceptos implicados en la situación. Orientación: Esta situación corresponde a una actividad de análisis de la gráfica de la función seno y coseno, respecto de las traslaciones, cambios en el UNIDAD 11 TRIGONOMETRÍA período y amplitud. Se sugiere implementar como una actividad integradora del análisis de las gráficas o como una evaluación formativa respecto de las funciones sen y cos en torno a los valores de la imagen y preimagen y el análisis gráfico. Duración estimada: 45 minutos aprox. Evaluación formativa Orientación: Esta evaluación corresponde a una actividad de tipo formativa, para que tanto el docente como los estudiantes logren visualizar aquellos contenidos que se deben reforzar previos a la evaluación de la unidad. Se sugiere implementar como una actividad de tipo individual y posteriormente el docente deberá realizar la corrección en pizarra de esta evaluación, conversando con los estudiantes las dificultades que se presentaron para reforzar aquellos contenidos. Duración estimada: 45 minutos aprox. Evaluación Sumativa En esta clase el docente deberá aplicar el instrumento evaluación de la unidad trigonometría, evaluación de tipo sumativa que debe desarrollarse en forma individual. Duración estimada: 90 minutos aprox. Posteriormente a la entrega de resultados el docente deberá realizar la corrección de esta evaluación con los estudiantes. UNIDAD 12 TRIGONOMETRÍA ORGANIZACIÓN SUGERIDA PARA LA UNIDAD A continuación, se muestra una organización de las actividades considerando bloques de 45 minutos cada una. HORAS HORAS ACUMULADAS SUB-UNIDAD ACTIVIDAD MÍNIMA OBLIGATORIA OTRAS ACTIVIDADES 1 1 Introducción a la trigonometría Sistema de medición y medidas angulares PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD - A.M.O. N°01 1 2 Sistema de medición y medidas angulares Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de cálculo de razones trigonométricas. 1 3 Razones trigonométricasA.M.O. N°02 1 4 Razones trigonométricas Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de transformación de medidas angulares 1 5 Razones trigonométricas A.M.O. N°03 1 6 Razones trigonométricas Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de situaciones problemáticas. 1 7 Razones trigonométricas y Teorema del seno y coseno A.M.O. N°04 1 8 Razones trigonométricas y Teorema del seno y coseno Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de aplicación del teorema del seno y coseno y situaciones problemáticas de teorema del seno y coseno 1 9 Teorema del seno y coseno A.M.O. N°05 1 10 Teorema del seno y coseno Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de teorema del seno, coseno y razones trigonométricas. 1 11 Funciones trigonométricas A.M.O. N°06 1 12 Funciones trigonométricas Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de función del seno y coseno. 1 13 Amplitud de las funciones sen y coseno A.M.O. N°07 1 14 Amplitud de las funciones sinusoidales Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de amplitud de función del seno y coseno. UNIDAD 13 TRIGONOMETRÍA 1 15 Periodo de las funciones sinusoidales A.M.O. N°08 1 16 Periodo de las funciones sinusoidales Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de periodo de función del seno y coseno. 1 17 Traslaciones y desfases de las funciones sinusoidales A.M.O. N°09 1 18 Traslaciones y desfases de las funciones sinusoidales Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de traslaciones de función del seno y coseno. 1 19 Deformaciones de las funciones sinusoidales A.M.O. N°10 1 20 Deformaciones de las funciones sinusoidales Problemas y ejercicios resueltos y propuestos de deformaciones y traslaciones de función del seno y coseno. 1 21 Trigonometría A.M.O. N°11 EVALUACIÓN FORMATIVA 1 22 Trigonometría Revisión de evaluación formativa 1 23 Trigonometría EVALUACION SUMATIVA 1 24 Trigonometría EVALUACION SUMATIVA UNIDAD 14 TRIGONOMETRÍA FORMALIZACIÓN DE CONTENIDOS UNIDAD 15 TRIGONOMETRÍA TRIGONOMETRÍA La trigonometría es una ciencia que se preocupa de la resolución de triángulos, esta ciencia comenzó debido a la necesidad que tenía el hombre para calcular distancias muy grandes, por ejemplo, la distancia de la Tierra al Sol o a la Luna o la distancia entre dos puntos muy lejanos en la Tierra. Comenzaremos esta unidad entregándote algunas definiciones básicas que necesitarás para comenzar a trabajar con la trigonometría. ÁNGULOS Un ángulo se forma cuando dos rayos tienen un punto de inicio en común. Este punto se llama el vértice. El ángulo queda determinado por la apertura de estos rayos. Tipos de ángulos Ángulo agudo: la medición de un ángulo inferior a 90 grados. Ángulo recto: un ángulo que mide exactamente 90 grados; los dos lados son perpendiculares. Ángulo obtuso: un ángulo de medición superior a 90 grados y menos de 180 grados. Ángulo llano o extendido: un ángulo que mide exactamente 180 grados. UNIDAD 16 TRIGONOMETRÍA SISTEMAS Y MEDIDAS ANGULARES Para medir ángulos utilizaremos los siguientes sistemas de medición son: el sistema sexagesimal y el sistema circular. También existe un sistema de medición que divide a la circunferencia en 400 grados centesimales, en donde los ángulos rectos miden 100 grados centesimales o gonios (100g) Las calculadoras científicas poseen los tres sistemas de medición: Sexagesimal: degree Centesimal: grade Circular: rad El Sistema Sexagesimal: la unidad de medida es un grado sexagesimal, denotado 1°. Para definirla se considera una circunferencia de centro C que se divide en 360 arcos de la misma longitud, es como tomar la circunferencia como si fuera una torta y sacarle 360 rebanadas iguales (muy delgaditas). Cada uno de estos arcos, junto con el centro C, origina un ∡𝐴𝐶𝐵 que mide 1°. Observación: 1 grado sexagesimal es equivalente a 1 minuto, y a su vez un minuto es equivalente a 60 segundos. 1° = 60′ y 1′ = 60′′ Ejemplo: Si divides la circunferencia en 4 arcos iguales, ¿cuánto mide cada uno de los ángulos que se forman? Observa que si dividimos la circunferencia en 4 partes obtenemos: 360°: 4 = 90° Es decir, cada arco origina un ángulo que mide 90° UNIDAD 17 TRIGONOMETRÍA El Sistema Circular: la unidad de medida es un radián, que es la medida de un ∡𝐴𝐶𝐵 de vértice en el centro C de una circunferencia y que subtiende un arco de longitud igual al radio de esta. Si R es el radio de la circunferencia la longitud de esta es 2𝜋 veces el radio y cada radio corresponde a un ángulo del centro de 1 rad. Luego para la totalidad de la circunferencia, se tiene: 360° = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑 Ejemplo: Transforma 90° a radianes. Resolvemos utilizando una cuarta proporcional sabiendo que 360° = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 Ahora resolvemos: 𝑥 = 90° × 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 360° ⟹ 𝑥 = 𝜋 2 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 Por lo tanto 90° equivalen a 𝜋 2 radianes Ejemplo: Transforma 5𝜋 3 radianes a grados Resolvemos utilizando una cuarta proporcional sabiendo que 360° = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 Ahora resolvemos: 𝑥 = 180° × 5𝜋 3 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 ⇒ 𝑥 = 300° Por lo tanto 5𝜋 3 radianes equivalen a 300° 360° = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝑥° = 5𝜋 3 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 360° = 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 90° = 𝑥 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 UNIDAD 18 TRIGONOMETRÍA Comprueba los valores obtenidos utilizando tu calculadora en modo Deg y Rad para las conversiones como se muestra a continuación: Paso 1: Al presionar la tecla más de tres veces se muestran pantallas de configuración adicionales. Selecciona la opción Deg (1) Paso 2: Transforme Ejemplo: Convertir 𝜋 3 radianes a grados ・・・・・ (Deg) (𝜋/3) (DRG ) (R) Ejemplo: Convertir 45 grados a radianes ・・・・・ (Rad) 45 (DRG ) (D) UNIDAD 19 TRIGONOMETRÍA GRADOS, MINUTOS Y SEGUNDOS Para desglosar una medida en el sistema sexagesimal de grados en forma decimal y calcular los minutos y segundos equivalentes también trabajamos con la cuarta proporcional. Si quieres saber cuántos minutos, grados y segundos tiene 148,34° desglosamos de la siguiente forma: Tenemos 148° y queremos saber cuántos minutos y segundos son 0,34°, sabiendo que 1° es equivalente a 60’ (minutos) resolvemos: Ahora resolvemos: 𝑥 = 0,34° × 60 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 1° 𝑥 = 20,4 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 Por lo tanto 0,34° equivalen a 20,4′ Luego procedemos de la misma forma para calcular los segundos, desglosamos 20,4 en 20 minutos y 0,4 minutos y transformamos este último en segundos: Ahora resolvemos: 𝑥 = 0,4′ × 60′′ 1′ 𝑥 = 24 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 Por lo tanto 148,34° equivalen a 148° 20’ y 24’’ 1° = 60 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 0,34° = 𝑥 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 1′ = 60 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 0,4′ = 𝑥 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 UNIDAD 20 TRIGONOMETRÍA Los ángulos se miden en sentido antihorario, esto significa que van en sentido contrario a las agujas del reloj, así definimos ángulos positivos. Si lo mides en sentido de las agujas el ángulo será negativo. UNIDAD 21 TRIGONOMETRÍA RAZONES TRIGONOMÉTRICAS Una razón trigonométrica es una razón entre las longitudes de dos lados de un triángulo rectángulo. Son seis razones trigonométricas: seno, coseno, tangente, cotangente, secante y cosecante, las que se abrevian: sen, cos, tan, sec, cotan y csc, respectivamente.Cada razón trigonométrica tiene asociada una razón recíproca (que corresponde a su inverso multiplicativo), en el siguiente cuadro te mostramos cuales son las recíprocas de cada una: Razón trigonométrica Razón trigonométrica recíproca 𝑠𝑒𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑐𝑠𝑐(𝛼) = ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑠(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐(𝛼) = ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑎𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 Observaciones: Si bien la cosecante es la razón recíproca de seno, también funciona al revés, es decir, el seno es la razón recíproca de la cosecante y lo mismo para todas las razones trigonométricas. Esto quiere decir que si multiplicamos una razón por su recíproca obtenemos como resultado el neutro multiplicativo 1. Que una razón sea la recíproca de la otra significa que si una de ellas tiene valor 4/5 la razón recíproca será 5/4. El valor de la razón trigonométrica depende sólo de la medida del ángulo. No depende del tamaño del triángulo, ya que al aumentar de tamaño el triángulo en forma proporcional o disminuir en forma proporcional tenemos triángulos semejantes, lo que implica que la medida de los ángulos se mantiene. Entonces para calcular las razones trigonométricas necesitamos los lados del triángulo, observa los siguientes ejemplos: Ejemplo 1: Determina las razones trigonométricas sen, cos y tan para el ángulo 𝛼: UNIDAD 22 TRIGONOMETRÍA Primero calculamos la hipotenusa del triángulo rectángulo dado pues se desconoce su valor y la necesitaremos para calcular las razones trigonométricas, para esto utilizamos el teorema de Pitágoras: (𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜1) 2 + (𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜2) 2 = (ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎)2 32 + 42 = 𝑥2 9 + 16 = 𝑥2 25 = 𝑥2 √25 = 𝑥 5 = 𝑥 Entonces: 𝑠𝑒𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 = 4 5 𝑐𝑜𝑠(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 = 3 5 𝑡𝑎𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 = 4 3 Observación: Recuerda que el cateto opuesto es aquel que se encuentra enfrente del ángulo dado y el cateto adyacente es aquel que junto a la hipotenusa forman el ángulo, por lo mismo su ubicación depende del ángulo que estés mirando: Ejemplo: Si miras el ángulo 𝛼 el cateto opuesto mide 4 unidades y el cateto adyacente mide 3 unidades, en cambio si miras el ángulo 𝛽 el cateto opuesto mide 3 unidades y el cateto adyacente mide 4 unidades. Ejemplo 2: Sabiendo que sen(𝛼) = 1 5 , calcule el cos(𝛼) Recuerda que sen 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 , entonces si dibujamos un triángulo rectángulo, nos están dando las medidas del cateto opuesto y la hipotenusa. Recuerda que la medida del cateto sólo puede ser positiva, ya que es la medida de un lado del triángulo, es decir es una distancia. UNIDAD 23 TRIGONOMETRÍA Debemos calcular la medida del cateto faltante utilizando el teorema de Pitágoras, ya que lo necesitamos para calcular el coseno del ángulo 𝛼: (𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜1) 2 + (𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜2) 2 = (ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎)2 12 + 𝑥2 = 52 𝑥2 = 25 − 1 𝑥2 = 24 𝑥 = √24 Por lo tanto, el cateto adyacente al ángulo 𝛼 tiene una medida de √24 unidades (pues podrían ser metros, centímetros, kilómetros, etc.) Entonces el 𝑐𝑜𝑠(𝛼) = √24 5 ≈ 0,98 Observación: Las razones trigonométricas también se asocian a funciones de tal forma que x es el ángulo y la función es sen, cos o tan. Más adelante profundizaremos en el concepto de función trigonométrica, sin embargo, para calcular los ángulos a veces necesitarás las funciones trigonométricas inversas llamadas arcoseno, arcocoseno y arcotangente, en tu calculadora las encontrarás como: 𝑠𝑒𝑛−1, 𝑐𝑜𝑠−1, 𝑡𝑎𝑛−1 En tu calculadora puedes encontrar estas funciones aplicando (Shift) y estas te permiten determinar un ángulo. Ejemplo: En el triángulo anterior sen(𝛼) = 1 5 , por lo tanto 𝛼 = 𝑠𝑒𝑛−1 ( 1 5 ) → 𝛼 ≈ 11,5° UNIDAD 24 TRIGONOMETRÍA RESOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS RECTÁNGULOS A continuación, te mostramos una estrategia para resolver problemas: Analicemos el siguiente problema y como resolverlo paso a paso: Una persona que mide 1.7 m de altura vé con un ángulo de elevación de 38° la punta de un poste, sabiendo que la persona se e encuentra a una distancia de 8 m desde el pie del poste. Calcula la altura del poste de luz. a) Identificación de datos: - Ángulo de elevación del observador al objeto ∝= 38°. - Distancia horizontal del observador al objeto 𝑑 = 8𝑚 - Altura del observador 𝑙 = 1.7𝑚. - Altura del objeto 𝐻 la incógnita. Incluso puedes hacer un dibujo de la situación si esto te ayuda a organizar los datos: 1° Leer y comprender •Leer el enunciado del problema. •Identificar datos y pregunta del problema. 2° Proponer y fundamentar •Buscar una estrategia de resolución. 3° Resolver y comprobar •Explicar la estrategia y justificarla. •Comprobar que el resultado que obtuviste da respuesta al problema. 4° Comunicar •Comunicar los resultado de manera acorde a la situación e interlocutores. UNIDAD 25 TRIGONOMETRÍA b) Estrategia de resolución: - Interpretar la información y los datos dentro de los elementos de un triángulo rectángulo. - Aplicar la razón trigonométrica adecuada en este caso la tangente del ángulo de elevación, ya que la tangente es el lado opuesto (un valor incógnito) sobre el lado adyacente al ángulo (cuyo valor tenemos que es de 8 m) c) Resolución: Interpretamos geométricamente la figura incorporando los datos y variables. - Utilizamos la tangente de α = 38° tan 𝛼 = 𝑐𝑎𝑡. 𝑜𝑝. 𝑐𝑎𝑡. 𝑎𝑑𝑦. tan 38° = 𝑥 8𝑚 8m ∙ tan 38° = 𝑥 8m ∙ 0.7813 = 𝑥 6.25m = 𝑥 - Pero 𝐻 = 1.7𝑚 + 𝑥 - Luego 𝐻 = 1.7𝑚 + 6.25𝑚 𝐻 = 7.95𝑚 d) Comunicación de resultados: La altura del poste es 7.95m UNIDAD 26 TRIGONOMETRÍA FUNCIONES SENO Y COSENO Las funciones seno y coseno tienen como dominio el valor de un ángulo que puede tomar cualquier valor en el conjunto de los números reales y por imagen tendrá también un valor real. Para graficar estas funciones realizaremos una tabla de valores, con las preimágenes de la función, es decir los valores de 𝑥 (ángulos), y las imágenes de la función, es decir los valores de 𝑦 ó 𝑓(𝑥). 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) 𝒙 0 𝜋 6 𝜋 4 𝜋 3 𝜋 2 2𝜋 3 3𝜋 4 5𝜋 6 𝜋 7𝜋 6 4𝜋 3 3𝜋 2 5𝜋 3 7𝜋 4 11𝜋 6 2𝜋 𝑓(𝑥) 0 1 2 √2 2 √3 2 1 √3 2 √2 2 1 2 0 − 1 2 − √3 2 −1 − √3 2 − √2 2 − 1 2 0 Observa: Las imágenes de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) están en el intervalo [-1,1] El máximo de la función se alcanza cuando 𝑥 = 𝜋 2 + 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ El mínimo de la función se alcanza cuando 𝑥 = 3𝜋 2 + 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ Los ceros de la función se obtienen cuando 𝑥 = 𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ La gráfica de la función es periódica, se repite cada 𝑥 = 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ La función seno es una función impar, lo que quiere decir que su gráfica no se altera luego de una rotación de 180 grados alrededor del origen. La función seno es creciente en [0, 𝝅 𝟐 ] y decreciente en [ 𝜋 2 , 𝜋] UNIDAD 27 TRIGONOMETRÍA 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) 𝒙 0 𝜋 6 𝜋 4 𝜋 3 𝜋 2 2𝜋 3 3𝜋 4 5𝜋 6 𝜋 7𝜋 6 4𝜋3 3𝜋 2 5𝜋 3 7𝜋 4 11𝜋 6 2𝜋 𝑓(𝑥) 1 √3 2 √2 2 1 2 0 − 1 2 − √2 2 − √3 2 −1 − √3 2 − 1 2 0 1 2 √2 2 √3 2 1 Observa: Las imágenes de la función 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥) están en el intervalo [-1,1] El máximo de la función se alcanza cuando 𝑥 = 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ El mínimo de la función se alcanza cuando 𝑥 = 𝜋 + 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ Los ceros de la función se obtienen cuando 𝑥 = 𝜋 2 + 𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ La gráfica de la función es periódica, se repite cada 𝑥 = 2𝑘𝜋, con 𝑘 ∈ ℤ La función coseno es par (es simétrica con respecto al eje y) lo que quiere decir que su gráfica no se altera luego de una reflexión sobre el eje y. La función seno es decreciente en [0,𝜋] y creciente entre [𝜋, 2𝜋] UNIDAD 28 TRIGONOMETRÍA AMPLITUD DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO La amplitud es la distancia vertical entre la línea media y uno de los puntos extremos, pero ¿qué es la línea media?, es la recta horizontal de la forma: 𝑦 = 𝑐, 𝑐 ∈ ℝ, que pasa en medio de los puntos máximos y mínimos de la gráfica. Entonces, la amplitud la podemos calcular de la siguiente forma: 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 2 De acuerdo con lo anterior ¿cuál es la amplitud de las gráficas realizadas en la actividad anterior? Ejemplo: La siguiente gráfica muestra la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y ℎ(𝑥) = 4𝑠𝑒𝑛(𝑥) La amplitud de estas funciones es 1 y 4 respectivamente, esto lo puedes observar en la gráfica, ya que la línea media en ambos casos está ubicada en 𝑦 = 0, por lo tanto, la distancia desde ese punto a un punto máximo cualquiera o mínimo cualquiera es de 1 unidad para 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y será de 4 unidades para ℎ(𝑥) = 4𝑠𝑒𝑛(𝑥) Y si utilizas los valores máximos y mínimos también obtendrás las mismas amplitudes anteriores: 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = 1—1 2 = 2 2 = 1 ℎ(𝑥) = 4𝑠𝑒𝑛(𝑥) 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = 4−−4 2 = 4+4 2 = 8 2 = 4 UNIDAD 29 TRIGONOMETRÍA PERIODO DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO Las funciones trigonométricas son periódicas, es decir cada cierto tramo se repiten. El periodo es la distancia que hay entre dos puntos máximos o mínimos consecutivos, gráficamente el periodo nos muestra cada cuántos grados (o radianes) se repiten las funciones seno y coseno. Para las funciones 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑏𝑥) y ℎ(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑏𝑥) se define como: 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 = 2𝜋 |𝑏| Entonces la función 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y 𝑐𝑜𝑠(𝑥) tienen periodo: 2𝜋 |1| = 2𝜋, es decir cada 2𝜋 ó cada 360° se repiten. Ejemplo: Para la función ℎ(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(3𝑥) que se muestra en la gráfica a continuación junto a la función 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥), su periodo será: 2𝜋 |3| = 2𝜋 3 a diferencia de la función 𝑓(𝑥) cuyo periodo es 2𝜋. UNIDAD 30 TRIGONOMETRÍA TRASLACIONES DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO Dadas las funciones: 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 ó 𝑔(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑐𝑜𝑠(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷, con 𝐴, 𝐵, 𝐶 y D coeficientes que pertenecen al conjunto de los números reales. Las traslaciones en el 𝑒𝑗𝑒 𝑦 están determinadas por el coeficiente 𝐷: Si 𝐷 > 0, la gráfica se desplazara 𝐷 unidades hacia arriba respecto de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) Si 𝐷 < 0, la gráfica se desplazara 𝐷 unidades hacia abajo respecto de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥). Ejemplo: En la función ℎ(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) + 2 al compararla con la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥), puedes observar que es la misma curva, es decir no se ha deformado: su periodo y amplitud son los mismos, pero se ha trasladado dos unidades hacia arriba. Las traslaciones en el 𝑒𝑗𝑒 𝑥 (también llamadas cambio de fase) están determinadas por el valor de 𝐶: Si 𝐶 > 0, la gráfica se desplazara 𝐶 𝐵 unidades hacia la derecha respecto de la función respecto de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) Si 𝐶 < 0, la gráfica se desplazara 𝐶 𝐵 unidades hacia la izquierda respecto de la función respecto de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) UNIDAD 31 TRIGONOMETRÍA Ejemplo 1: En la función ℎ(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 + 𝜋 2 ) al compararla con la función 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥), puedes observar que es la misma curva, es decir no se ha deformado: su periodo y amplitud son los mismos, pero se ha trasladado 𝜋 2 unidades hacia la izquierda. Nota: Observa que C es negativo ya que 𝑥 − − 𝜋 2 = 𝑥 + 𝜋 2 Ejemplo 2: En la función ℎ(𝑥) = −3𝑠𝑒𝑛(4𝑥 − 2) al compararla con la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥), puedes observar que no es la misma curva, se ha deformado: su periodo es 2𝜋 4 = 𝜋 2 esto quiere decir que cada 𝜋 2 (1,6 unidades aproximadamente) se completa una onda, su amplitud es de 3 unidades, pero como la amplitud va acompañada de un signo negativo significa que la onda se invierte (se produce una simetría respecto del eje x) , además se ha trasladado 𝐶 𝐵 = 2 4 = 1 2 unidades hacia la derecha. UNIDAD 32 TRIGONOMETRÍA RESUMEN DE LAS DEFORMACIONES Y TRASLACIONES DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO De acuerdo con lo que hemos desarrollado respecto del periodo, amplitud, cambios de fase (traslaciones en el eje x) y traslaciones en el eje y, resumiremos: 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 ℎ(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑐𝑜𝑠(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 1) En ambas funciones los parámetros A, B, C, D afectan de la misma forma a la gráfica. 2) La amplitud es: |𝐴| 3) Si 𝐴 es negativo se produce una reflexión de la gráfica, respecto de su línea media. 4) El periodo se calcula: 2𝜋 𝐵 5) La traslación en el eje y depende del valor de D 6) El desfase (traslación en el eje x) se calcula: 𝐶 𝐵 7) No debemos olvidar que si C es negativo la expresión (𝐵𝑥 − 𝐶) se verá de la forma: (𝐵𝑥 + 𝐶) y la gráfica se trasladará hacia la izquierda. Ejemplos: 1) 𝑓(𝑥) = 3 ∙ 𝑠𝑒𝑛(8𝑥 − 9) − 1 a) Los factores son: 𝐴 = 3, 𝐵 = 8, 𝐶 = 9 𝑦 𝐷 = −1 b) La amplitud es: |𝐴| = |3| = 3 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠, esto quiere decir que desde el valor máximo al mínimo hay una distancia total de 6 unidades. c) El periodo se calcula: 2𝜋 𝐵 = 2𝜋 8 = 𝜋 4 , esto quiere decir que una onda se completa en un giro de 45° o 𝜋 4 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 d) La traslación en el eje y es: D = -1, esto quiere decir que la onda se traslada una unidad hacia abajo en el eje y. e) El desfase (traslación en el eje x) se calcula: 𝐶 𝐵 = 9 8 unidades, esto quiere decir que la onda se traslada 9/8 unidades hacia el lado positivo del eje x. 2) ℎ(𝑥) = 0.2 ∙ 𝑐𝑜𝑠 (2𝑥 + 𝜋 3 ) + 4 a) Los factores son: 𝐴 = 0.2, 𝐵 = 2, 𝐶 = 𝜋 3 𝑦 𝐷 = 4 b) La amplitud es: |𝐴| = |0.2| = 0.2 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 , esto quiere decir que desde el valor máximo al mínimo hay una distancia total de 0.4 unidades. c) El periodo se calcula: 2𝜋 𝐵 = 2𝜋 2 = 𝜋, esto quiere decir que una onda se completa en un giro de 180° o 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 UNIDAD 33 TRIGONOMETRÍA d) La traslación en el eje y es: D = 4, esto quiere decir que la gráfica de la onda se traslada hacia arriba cuatro unidades en el eje y. e) El desfase (traslación en el eje x) se calcula: 𝐶 𝐵 = 𝜋 3 2 = 𝜋 6 unidades, esto quiere decir que la onda inicia en 𝜋 6 , pero como C es negativo ya que la expresión dada es de la forma (𝐵𝑥 + 𝐶) significa que la onda se desfasa hacia el lado negativo del eje x 𝜋 6 unidades. UNIDAD 34 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS RESUELTOS UNIDAD 35 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS DE CALCULO DE RAZONES TRIGONOMÉTRICAS 1) Determina todas las razones trigonométricas para el ángulo 𝛼: Para determinar las razones trigonométricas primero necesitamosdeterminar todos los lados del triángulo: 152 + 𝑥2 = 162 𝑥2 = 256 − 225 𝑥 = √31 Luego, las razones trigonométricas para el ángulo 𝛼 serán: Razón trigonométrica Razón trigonométrica opuesta 𝑠𝑒𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 = √31 16 𝑐𝑠𝑐(𝛼) = ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 = 16 √31 racionalizando: 16√31 31 𝑐𝑜𝑠(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 = 15 16 𝑠𝑒𝑐(𝛼) = ℎ𝑖𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑢𝑠𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 = 16 15 𝑡𝑎𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 = √31 15 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(𝛼) = 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑑𝑦𝑎𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑎𝑡𝑒𝑡𝑜 𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 = 15 √31 racionalizando: 15√31 31 2) Sabiendo que tan 𝛽 = 2 3 , calcule el resto de las razones trigonométricas para el ángulo 𝛽 Representaremos las medidas dadas (opuesto =2, adyacente = 3) en un triángulo rectángulo: UNIDAD 36 TRIGONOMETRÍA Y calcularemos la medida faltante de la hipotenusa: 22 + 32 = 𝑥2 4 + 9 = 𝑥2 √13 = 𝑥 Por lo tanto, el resto de las razones trigonométricas del ángulo dado son: sen 𝛽 = 2√13 13 cos 𝛽 = 3√13 13 csc 𝛽 = √13 2 sec 𝛽 = √13 3 ctg 𝛽 = 3 2 EJERCICIOS DE TRANSFORMACIÓN DE MEDIDAS ANGULARES 1) Transforma de grados a radianes: a) 30° Recuerda que 180° = 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 con esto armamos nuestra cuarta proporcional: Ahora resolvemos: 𝑥 = 30° × 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 180° 𝑥 = 𝜋 6 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 Por lo tanto 30° equivalen a 𝜋 6 radianes De la misma forma transformamos los siguientes ángulos: b) 45° Respuesta: 𝜋 4 radianes c) 125° Respuesta: 25 𝜋 36 radianes d) 240° Respuesta: 4𝜋 3 radianes e) 310° Respuesta: 31𝜋 18 radianes 180° = 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 30° = 𝑥 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 UNIDAD 37 TRIGONOMETRÍA 2) Transforma de radianes a grados: a) 𝜋 5 rad Recuerda que 180° = 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 con esto armamos nuestra cuarta proporcional. Ahora resolvemos: 𝑥 = 180° × 𝜋 5 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝑥 = 36° Por lo tanto 𝜋 5 radianes equivalen a 36° De la misma forma transformamos los siguientes ángulos: b) 2𝜋 9 rad Respuesta: 40° c) 7𝜋 4 rad Respuesta: 315° d) 6𝜋 7 rad Respuesta: 154,3° aproximadamente 180° = 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝑥° = 𝜋 5 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 38 TRIGONOMETRÍA EJERCICIO DE SITUACION PROBLEMÁTICA DE RAZONES EN EL TRIÁNGULO RECTÁNGULO Hallar la altura de una antena sabiendo que a una distancia de 18 m se ve la parte superior de ella bajo un ángulo de 30°. Recordemos los pasos para aplicar la estrategia de resolución de problemas: a) Identificación de datos: En este caso siempre es útil realizar un esquema que permita identificar los datos y comprender la situación. b) Estrategia de resolución: - Interpretar la información y los datos dentro de los elementos de un triángulo rectángulo. - Aplicar la razón trigonométrica adecuada en este caso la tangente del ángulo de elevación. c) Resolución: Interpretamos geométricamente la figura incorporando los datos y variables. tan 30° = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 18 18 ∗ tan 30° = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 10,4 ≈ 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 d) Respuesta: La altura de la antena es de 10,4 metros. 39 TRIGONOMETRÍA EJERCICIO DE SITUACION PROBLEMÁTICA DE TEOREMA DEL SENO Y COSENO Una montaña de 540 m de altura separa 2 pueblos A y B. Desde A, se ve la cima C de la montaña con un ángulo de elevación de 27°; Desde B el ángulo de elevación es de 34° ¿Cuál es la distancia entre los pueblos? a) Identificación de datos: Realizaremos un esquema con los datos del problema. b) Estrategia de resolución: - Interpretar la información y los datos dentro de los elementos de un triángulo rectángulo. - Aplicar la razón trigonométrica adecuada en este caso la tangente del ángulo de elevación o el teorema del seno o coseno. c) Resolución: Este problema se puede resolver aplicando razones trigonométricas, en particular la tangente para obtener cada tramo desde el pueblo A al pueblo B, pero también se puede utilizar el teorema del seno, observa: sen 27° = 540 𝑥 → 𝑥 = 1.189 Con esto obtenemos la distancia desde el pueblo A, hasta la cima de la montaña: 1.189 metros. Luego para encontrar la distancia de A hasta B, aplicaremos el teorema del seno: 1.189 𝑠𝑒𝑛(34°) = 𝑦 𝑠𝑒𝑛(119°) → 𝑦 ≈ 1.860 d) Respuesta: La distancia entre los pueblos es de 1.860 metros. 40 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO ¿Cuál de las siguientes afirmaciones son verdaderas en cada caso? 1) Si comparamos las gráficas de seno y coseno podemos decir: a) Son iguales. b) Si la gráfica de la función seno se desplaza 𝜋 2 unidades a la derecha será igual a la gráfica de coseno. c) Si la gráfica de la función seno se desplaza 𝜋 unidades a la derecha será igual a la gráfica de la función coseno. d) Si la gráfica de la función seno se desplaza 𝜋 2 unidades a la izquierda será igual a la gráfica de coseno. 2) Cuál de los siguientes valores puede ser un valor de la imagen de la función 𝑦 = cos (𝑥) a) 1 4 b) 0 c) √3 d) -0,9 Soluciones y explicaciones: 1) a) Falso. Las dos gráficas tienen el mismo patrón repetitivo o la misma forma general, pero no son idénticas ya que sus imágenes para un valor determinado del ángulo son distintas. b) Falso. Si cambias seno por coseno en esta opción obtienes un enunciado correcto. Las dos gráficas descritas tienen la misma forma, pero los máximos y mínimos no concuerdan. c) Falso. Si desplazas la gráfica de la función seno 𝜋 unidades a la derecha, obtienes una gráfica que inicia en cero para el valor de y, en cambio la gráfica de coseno inicia en 1 para el valor de y. d) Verdadero. Si la gráfica de la función seno se desplaza 𝜋 2 unidades a la izquierda será igual a la gráfica de coseno, pues cada uno de los valores de sus imágenes coincidirán para cada ángulo. 2) El recorrido de la función coseno está definido para valores entre -1 y 1, por lo que todos aquellos valores que estén fuera de ese rango no son parte de las imágenes de la función, en este caso el único valor que no cumple es √3. 41 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS DE AMPLITUD DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO Observa las siguientes gráficas y determina cuál es la amplitud de cada una de ellas según los datos dados y ecuación de la línea media en cada caso. a) b) Soluciones y explicaciones: a) Amplitud = 5 unidades ecuación línea media: y= -2 Recordemos que la amplitud es igual a: 𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 2 = 3 − −7 2 = 10 2 = 5 A partir del valor de la amplitud determinamos la ecuación de la línea media ya que contamos las unidades a partir del valor máximo (o del mínimo) y determinamos el punto medio en y = -2 b) Amplitud = 2 unidades ecuación línea media: y= 1.5 En este caso no tenemos el valor mínimo, tenemos un valor medio (ya que está sobre la línea media, por lo que esa distancia es la amplitud: 3.5 -1.5= 2. Y la ecuación de la línea media viene dada por el valor de y en el punto (0, 1.5), es decir la ecuación de la línea media es: y = 1.5 42 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS DE PERIODODE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO 1) Observa la gráfica y luego determina: a) Amplitud. b) Periodo. c) Expresión algebraica de la función. a) Amplitud = 2 unidades 𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 = 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 2 = 2 − −2 2 = 2 + 2 2 = 4 2 = 2 O si observas la gráfica, la distancia desde la línea media hasta un punto extremo (máximo o mínimo) es de 2 unidades. b) Periodo = 4 unidades El periodo es la distancia (en el eje x) que hay entre dos puntos máximos o mínimos consecutivos, por lo tanto, si observamos esa distancia entre los puntos (1,2) y (5,2) es de 4 unidades. También puedes observar a partir desde el (0,0) cuando la gráfica se vuelve a repetir esto ocurre en el punto (4,0). c) Expresión algebraica Recordemos que la expresión algebraica de las funciones sen y coseno son: 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 ℎ(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑐𝑜𝑠(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 En las cuales: La amplitud es: |𝐴| (Si 𝐴 es negativo se produce una reflexión de la gráfica, es decir todos los valores de y cambian a sus opuestos. El periodo se calcula: 2𝜋 𝐵 43 TRIGONOMETRÍA La traslación en el eje y es: D El desfase (traslación en el eje x) se calcula: 𝐶 𝐵 No debemos olvidar que si C es negativo la expresión (𝐵𝑥 − 𝐶) se verá de la forma: (𝐵𝑥 + 𝐶) y la gráfica se trasladará hacia la izquierda. En este caso 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 la función no está trasladada en el eje x ni en el y, por lo que nos quedaremos con la expresión: 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥), la amplitud es 2, y el valor de B lo obtenemos del periodo, sabiendo que este es: 2𝜋 𝐵 Como sabemos que el periodo es 4, entonces resolvemos: 2𝜋 𝐵 = 4 ⇒ 𝐵 = 2𝜋 4 ⇒ 𝐵 = 𝜋 2 ó 0.5𝜋 Por lo tanto, la ecuación es: 𝑓(𝑥) = 2𝑠𝑒𝑛(0.5𝜋𝑥) Podemos comprobar lo obtenido reemplazando un par de puntos en nuestra ecuación, por ejemplo: Si x=0, y=0 𝑓(0) = 2𝑠𝑒𝑛(0.5𝜋 ∗ 0) ⟹ 𝑓(0) = 2 ∗ 0 = 0 (Recuerda configurar tu calculadora en radianes) Si x=1, y=2 𝑓(1) = 2𝑠𝑒𝑛(0.5𝜋 ∗ 1) ⟹ 𝑓(1) = 2 ∗ 1 = 2 Que coinciden con la gráfica. EJERCICIOS DE TRASLACIONES DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO 1) Determina cuántas unidades se traslada en el eje x e y, la función dada respecto de las funciones 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y 𝑐𝑜𝑠(𝑥). a) 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 − 𝜋 3 ) b) 𝑔(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥 + 3) − 1.5 c) ℎ(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥 + 𝜋) + 1 d) 𝑚(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(3𝑥 + 5) − 3 e) 𝑡(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (4𝑥 + 𝜋 2 ) + 7 Recordemos que la forma general de la función seno y coseno es: 𝑓(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑠𝑒𝑛(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 ℎ(𝑥) = 𝐴 ∙ 𝑐𝑜𝑠(𝐵𝑥 − 𝐶) + 𝐷 La La traslación en el eje y es: D El desfase (traslación en el eje x) se calcula: 𝐶 𝐵 No debemos olvidar que si C es negativo la expresión (𝐵𝑥 − 𝐶) se verá de la forma: (𝐵𝑥 + 𝐶) y la gráfica se trasladará hacia la izquierda. 44 TRIGONOMETRÍA Entonces: a) 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 − 𝜋 3 ) Como 𝐷 = 0, en este caso no hay traslación en el eje y. La traslación en el eje x (desfase) se calcula: 𝐶 𝐵 = 𝜋 3 1 = 𝜋 3 , es decir se traslada 𝜋 3 unidades hacia la derecha en el eje x. b) 𝑔(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥 + 3) − 1.5 Como 𝐷 = −1.5, se traslada 1.5 unidades hacia abajo en el eje y. La traslación en el eje x (desfase) se calcula: 𝐶 𝐵 = −3 1 = −3 , es decir se traslada 3 unidades hacia la izquierda en el eje x. c) ℎ(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥 + 𝜋) + 1 Como 𝐷 = 1, se traslada 1 unidades hacia arriba en el eje y. La traslación en el eje x (desfase) se calcula: 𝐶 𝐵 = −𝜋 1 = −𝜋 , es decir se traslada 𝜋 unidades hacia la izquierda en el eje x. d) 𝑚(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(3𝑥 + 5) − 3 Como 𝐷 = −3, se traslada 3 unidades hacia abajo en el eje y. La traslación en el eje x (desfase) se calcula: 𝐶 𝐵 = −5 3 , es decir se traslada 5 3 unidades hacia la izquierda en el eje x. e) 𝑡(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (4𝑥 + 𝜋 2 ) + 7 Como 𝐷 = 7, se traslada 7 unidades hacia arriba en el eje y. La traslación en el eje x (desfase) se calcula: 𝐶 𝐵 = −𝜋/2 4 = − 𝜋 8 , es decir se traslada 𝜋 8 unidades hacia la izquierda en el eje x. 45 TRIGONOMETRÍA 2) Analiza los datos a continuación y determina cuál es la ecuación que representa cada función. a) Si la función seno tiene su línea media en y =7.5 y su valor máximo se alcanza en y = 12, considerando que el periodo no cambia. La distancia entre la línea media y el valor máximo es de 12 – 7.5 = 4.5 unidades que es la amplitud. Como el periodo no cambia B=1 Y la ecuación de la línea media también nos indica que se trasladó desde el 0 hasta el 7.5. Por lo tanto, tenemos la ecuación: ℎ(𝑥) = 4.5𝑠𝑒𝑛(𝑥) + 7.5 b) Si la función coseno tiene su línea media en y =3 y su valor máximo se alcanza en y = 6.8, y su periodo= 3𝜋 unidades. La distancia entre la línea media y el valor máximo es de 6.8 – 3 = 3.8 unidades que es la amplitud. El valor de D es de 3 unidades ya que su línea media se trasladó desde y= 0 hasta y=3 Como el periodo es 3𝜋 , entonces el valor de B lo obtenemos despejando la igualdad: 2𝜋 𝐵 = 3𝜋 ⟹ 𝐵 = 2 3 . Para determinar C, necesitamos saber cuántas unidades se ha traslado en el eje x, como no hay información sobre dicha traslación asumiremos que no la hay, por lo tanto, C=0. Finalmente, tenemos la ecuación: 𝑔(𝑥) = 3.8cos ( 2 3 𝑥) + 3 c) Si la función seno tiene su línea media en y =-2 y su valor máximo se alcanza en y = 4, su periodo= 6 unidades, se ha trasladado 2 unidades en el eje x hacia el lado positivo. La distancia entre la línea media y el valor máximo es de 4 – –2 = 6 unidades que es la amplitud. El valor de D es de -2 unidades ya que su línea media se trasladó desde y= 0 hasta y=-2 Como el periodo es 6, entonces el valor de B lo obtenemos despejando la igualdad: 2𝜋 𝐵 = 6 ⟹ 𝐵 = 2𝜋 6 ⟹ 𝐵 = 𝜋 3 . Sabiendo que el desfase es de 2 unidades en el eje x hacia el lado positivo, para calcular el valor de C utilizamos la igualdad: 𝐶 𝐵 = 2 ⟹ 𝐶 𝜋 3 = 2 ⟹ 𝐶 = 2 ∗ 𝜋 3 ⟹ 𝐶 = 2𝜋 3 . Finalmente, tenemos la ecuación: ℎ(𝑥) = 6𝑠𝑒𝑛 ( 𝜋 3 𝑥 − 2𝜋 3 ) − 2 46 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS PROPUESTOS (con solución) 47 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°01 TRANSFORMACIÓN DE MEDIDAS ANGULARES 1) Escribe en grados los ángulos marcados en la siguiente figura: 2) Representa en la siguiente circunferencia los ángulos de -345° y de 𝜋/12 radianes ¿Qué relación hay entre ambos ángulos? 3) A continuación, te mostramos un tutorial para que aprendas cómo utilizar tu calculadora cuando quieres trabajar operatoria con grados sexagesimales y cómo configurar tu calculadora en grados sexagesimales y radianes. Haz click en los siguientes enlaces para revisar los videos: https://www.youtube.com/watch?v=DisYVq7MD1A https://www.youtube.com/watch?v=R8J6Y-Fx5aY&feature=youtu.be Escribe en tu calculadora los siguientes ángulos y determina cuántos grados, minutos y segundos tienen y trasforma cada ángulo del sistema sexagesimal al radián: a) 20,5° b) 108,76° c) 193,454° https://www.youtube.com/watch?v=DisYVq7MD1A https://www.youtube.com/watch?v=R8J6Y-Fx5aY&feature=youtu.be 48 TRIGONOMETRÍA Soluciones: 1) 3π 4 rad = 135° 5π 4 rad = 225° 7π 4 rad = 315° 2) La representación de -315° es equivalente a 15° (360°-315°), para representar entonces se puede dividir el primer cuadrante en 6 partes iguales y se obtiene un ángulo de 15°. De forma similar para 𝜋/12 radianes se divide el ángulo de 180° en 12 partes igualesy la primera parte representa el ángulo dado, que es equivalente a los mismos 15° dibujados anteriormente. 3) a) 20,5° = 20° 30´ en radianes: 41 360 𝜋 𝑟𝑎𝑑 b) 108,76° = 108° 45´36” en radianes: 2719 4500 𝜋 𝑟𝑎𝑑 c) 193,454° = 193° 27´14.4” en radianes: 1,074̅̅̅̅ 𝜋 𝑟𝑎𝑑 49 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°02 RAZONES TRIGONOMÉTRICAS 1) Dado el triángulo isósceles EFG, cuyos lados congruentes miden 3 cm. a) Determina el valor exacto del sen(45°). b) Determina el valor exacto del cos(45°). c) Determina el valor exacto de la tan(45°). 2) Si tan(𝛼) = 7 16 , determina 𝑠𝑒𝑛(𝛼), cos(𝛼). Entrega los valores simplificados y racionalizados. 3) Si cos(𝛽) = √3 5 , determina sec(𝛽) , 𝑐𝑜𝑠𝑒𝑐(𝛽), 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(𝛽). Entrega los valores simplificados y racionalizados. 4) Resolver el triángulo rectángulo para los datos dados. Usa calculadora. a) 𝛼 = 20°, 𝑐 = 12 b) 𝛾 = 87°, 𝑎 = 10 Soluciones: 1) a) 𝑠𝑒𝑛(45°) = √2 2 b) 𝑐𝑜𝑠(45°) = √2 2 c) 𝑡𝑎𝑛(45°) = 1 2) 𝑠𝑒𝑛(𝛼) = 7√305 305 𝑐𝑜𝑠(𝛼) = 16√305 305 3) 𝑠𝑒𝑐 (𝛽) = 5√3 3 𝑐𝑜𝑠𝑒𝑐(𝛼) = 5√22 22 𝑐𝑜𝑡𝑎𝑛(𝛼) = √66 22 4) a) Los lados que faltan miden 4,4 y 12,8 unidades y el ángulo que falta mide 70° b) Los lados que faltan miden 190,8 y 191,1 unidades y el ángulo que falta mide 3° 50 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°03 PROBLEMÁTICAS DE RAZONES EN EL TRIÁNGULO RECTÁNGULO Luego de la clase de Trigonometría en la que los estudiantes han aprendido sobre las razones trigonométricas, el profesor ha enviado a sus alumnos una tarea: ¡Midan grandes alturas, cosas que no pueden medir con una regla! Y para esto les ha enseñado como construir un simple instrumento que les permitirá calcular ángulos de elevación y depresión en forma aproximada según se muestra en la imagen, si no tienen instrumentos más avanzados. 1) Ernesto siempre ha tenido curiosidad por determinar cuál es la altura que mide el árbol que se encuentra en la plaza Victoria de Valparaíso, por lo que aprovecha esta oportunidad para averiguarlo. Para esto cuenta 150 pasos (pegaditos uno tras otro) desde el pie del árbol hasta un punto donde puede ver la cima de este mismo, luego desde ese punto observa con un ángulo de elevación de 40° la copa del árbol recostado sobre el suelo. Observación: Ernesto mide la huella que deja su calzado obteniendo una huella de 26 cm. ¿Cuál es la altura del árbol que calculó Ernesto? 2) Daniela desea saber cuál es el largo de la aguja del reloj de sol que se encuentra ubicado en Viña del Mar, pero se da cuenta que olvidó llevar el instrumento para medir ángulos, así que sólo toma con una huincha de medir las medidas indicadas en la figura en color rojo y en color azul. Las medidas tomadas son: AB = 30 cm BC = 15 cm AD = 5,4 metros a) ¿Cuál es la medida del largo de la aguja del reloj de sol que obtuvo Daniela? b) ¿Cuál es la medida del ángulo que se forma entre la base del reloj y la aguja (ángulo BAC)? 51 TRIGONOMETRÍA 3) Patricio viene desde Puerto Montt y en la isla Tenglo hay una cruz donde mucha gente todos los años viaja por su fé y quiere averiguar su altura. Le pide a su tío que es ingeniero en construcción que justamente está trabajando en reforzar la cruz, que tome dos ángulos con sus instrumentos y se los envíe (pidiéndole que por favor no le revele la altura de la cruz), los ángulos y distancia enviados por el tío de Patricio se marcan en la imagen. ¿Cuál es la altura de la cruz calculada por Patricio? 4) Jaime ese fin de semana viaja a visitar a su familia que vive en Arica, y por lo tanto hará la tarea que les dio el profesor midiendo el Morro. Para lograrlo escoge un punto del paseo que se muestra en la imagen en línea recta, para medir el primer ángulo de elevación hasta la cima del morro el que da un valor de 30° y luego se acerca 8 metros y vuele a medir su ángulo de elevación obteniendo 32° Sabiendo que todos los ángulos de observación los tomó Jaime de pie y que su altura es de 1,64 metros ¿Cuál es la medida de la altura del Morro de Arica que obtuvo Jaime? 52 TRIGONOMETRÍA 5) Karina vive en el edificio A marcado en la imagen que está situado a 370 metros en línea recta del Costanera Center (según Google maps), como está trabajando la unidad de trigonometría ha decidido que calculará la altura del Costanera Center utilizando los conocimientos adquiridos en clase. Para lograr su objetivo sube a la azotea del edificio en el que vive y con un simple instrumento fabricado por ella para medir ángulos de observación, registra los siguientes ángulos (acostada sobre el piso de la azotea): Desde la cima del edificio A hasta la cima del Costanera su instrumento marca un ángulo de 50° y desde el mismo punto de medición hacia el extremo inferior del Costanera su instrumento marca un ángulo de 25°. a) ¿Cuál es la altura del Costanera Center que calculó Karina con sus datos? b) Busca en internet la altura real del Costanera Center y determina el porcentaje de error del cálculo realizado por Karina. En base a lo obtenido determina la altura real del edificio donde vive Karina. Soluciones: 1) Ernesto calculó que el árbol de la Plaza Victoria mide aproximadamente 32,7 metros. 2) a) Daniela determina que la medida del largo de la aguja del reloj de sol es de 6 metros aprox. b) La medida del ángulo BAC es de 26,6° aprox. 3) Patricio determina que la cruz tiene una altura de 25 metros aprox. 4) Jaime obtuvo que el morro de Arica mide 101,64 metros aprox. 5) a) La altura que calculó Karina del Costanera Center es de 281,9 metros. b) La altura real del Costanera Center es de 300 metros por lo que el porcentaje de error de cálculo cometido por Karina (debido a que su instrumento de medición no es exacto) es de 6,03% aproximadamente, por lo que la altura del edificio A en el que vive Karina es de 84,4 metros aproximadamente (con los datos tomados la altura es de 79,3 metros sin ajustar el porcentaje de error) 53 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°04 APLICACIÓN DEL TEOREMA DEL SENO Y COSENO Resuelve los triángulos en cada caso: a) b) c) Soluciones: a) 𝑎 = 4,38 𝑐 = 4 𝛾 = 115,3° b) 𝑑 = 6,49 𝜀 = 88° 𝜁 = 75,91° c) 𝜂 = 30,05° 𝜃 = 90,21° 𝜄 = 59,74° 54 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°05 PROBLEMÁTICAS DE TEOREMA DEL SENO Y COSENO 1) Andrés realiza el recorrido que se muestra en la imagen, partiendo desde su casa, primero va a dejar a sus hijos a la escuela, luego va al supermercado y finalmente pasa a dejar plásticos, latas, etc. a un punto limpio, para finalmente regresar a su casa. Sabiendo que sólo pasa una vez por los lugares antes mencionados y que elige el camino más corto para volver a su hogar. ¿Cuántos metros en total camina Andrés diariamente? 2) Se quiere construir un parque para conservar especies nativas que tendrá la forma de la figura. Calcula el área total que tendrá el parque. 3) Un foco proyecta luz según se muestra en la imagen. Si la altura a la que está colgado es de 2,5 metros desde el suelo ¿Cuál es la superficie que ilumina? 55 TRIGONOMETRÍA 4) Dos veleros de juguete parten simultáneamente desde un mismo punto en dirección tal que forman un ángulo de 35°. Uno va a 2 m/min y el otro a 3 m/min. Determina a qué distancia se encuentran separados despuésde 5 minutos. 5) Un topógrafo encuentra que el ángulo en el punto de A de la figura desde donde observa los puntos B y C, en cada orilla del pantano, es 72° y la distancia AB es de 32 metros y la de AC es 43 metros. Calcular la distancia de B a C. Soluciones: 1) Andrés camina diariamente 3.135,2 metros. 2) El área total del parque es de 313.136 m2 3) La superficie que ilumina es de aproximadamente 1,5 metros cuadrados. 4) 79 metros aproximadamente es la distancia a la que se encuentran separados después de 5 minutos de viaje. 5) 45 metros es la distancia de B a C. 56 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°06 TEOREMA DEL SENO Y COSENO Y RAZONES TRIGONOMÉTRICAS EN EL TRIÁNGULO RECTÁNGULO 1) Calcula el área del triángulo 2) Un avión vuela entre dos ciudades A y B que se encuentran a una distancia de 80 km entre sí. Desde el avión se miden los ángulos que se muestran en la figura ¿A qué altura está el avión? 3) El terrario que se muestra en la imagen tiene forma de pirámide cuya base es un cuadrado de lado 20 cm que forma un ángulo de 51° con las aristas laterales. Las caras laterales son cuatro triángulos isósceles. ¿Cuál es el área total de las paredes y el piso del terrario? Soluciones: 1) El área del triángulo es de 3,4 unidades2 2) El avión vuela a una altura de 17,9 km aproximadamente 3) El área total de las 4 paredes es de 493,95 cm2 aproximadamente, y el área del piso es de 400 cm2 57 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°07 ELEMENTOS DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO Ingresa a: https://www.geogebra.org/m/mjaqrtkj Mueve el punto B; observa qué sucede y responde: 1) ¿En qué cuadrantes 𝑠𝑒𝑛(𝛼) toma valores positivos? ¿Y en qué cuadrantes toma valores negativos? 2) ¿En qué cuadrantes 𝑐𝑜𝑠(𝛼) toma valores positivos? ¿Y en qué cuadrantes toma valores negativos? 3) ¿Qué relación hay entre las coordenadas del punto B y el problema de la rueda hidráulica? 4) ¿Qué relación hay entre las coordenadas del punto B y los valores de sen(α) y cos(α)? 5) De acuerdo con los valores que te entrega la circunferencia ¿cuál de las gráficas realizadas en el problema de la rueda hidráulica corresponde a la gráfica de la función 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥)? ¿Y cuál a la función 𝑔(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)? 6) ¿Cuál es el valor del dominio y recorrido de las funciones 𝑓(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y 𝑔(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠(𝑥)? 7) ¿Cuál es el máximo de cada una de las funciones? ¿Para qué valores del dominio lo alcanzan? 8) ¿Cuál es el mínimo de cada una de las funciones? ¿Para qué valores del dominio lo alcanzan? 9) ¿Cuáles son las raíces de las funciones 𝑓(𝑥) y 𝑔(𝑥)? 10) ¿Cada cuántos grados las funciones 𝑓(𝑥) y 𝑔(𝑥) se repiten? https://www.geogebra.org/m/mjaqrtkj 58 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°08 FUNCIONES SENO Y COSENO La siguiente gráfica muestra el movimiento de dos péndulos que se mueven como muestra la imagen con la mano. Responde a continuación, justificando en cada caso: 1) ¿Cuántos cm recorre de ida cada péndulo? ¿Y cuántos de vuelta? 2) ¿Cada cuántos segundos se encuentran ambos péndulos en la misma posición? 3) Según la información entregada en el gráfico, marca en la imagen de la mano la posición donde parte cada péndulo el movimiento. 4) ¿Alguno de los péndulos se mueve más rápido? Soluciones: 1) Recorre 4 cm de ida y 4 cm de vuelta, ya que la distancia negativa muestra que el péndulo se devuelve, es decir su movimiento es en contra del movimiento inicial. 2) A partir de los 0,5 segundos que es la primera vez que se encuentran, cada dos segundos se vuelven a encontrar, que es donde las gráficas se intersectan. 3) En la imagen se representa dónde parte cada péndulo según su color. El péndulo rojo parte en sentido contrario al movimiento que indica la flecha, y el péndulo azul también parte en sentido contrario a la dirección que indica la flecha 4) No, ambos se mueven con la misma rapidez, ya que si se observa el gráfico se ve que el péndulo azul se demora en ir y venir 4 segundos (que es cuando se completa una figura y luego se repite), lo mismo ocurre con el péndulo rojo. 59 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°09 AMPLITUD DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO 1) Los perímetros de cada uno de los engranes de la imagen son: Engranaje A = 80 cm Engranaje B = 65 cm Engranaje C = 50 cm Para cada uno de ellos calcula cuál es la amplitud de la onda que queda determinada por: su giro en grados y la altura de un punto determinado de ellos, respecto de su eje central de rotación. 2) Realiza la gráfica de las siguientes funciones a partir de la gráfica de cos(x). a) 𝑓(𝑥) = 1 3 𝑐𝑜𝑠 (𝑥) b) 𝑔(𝑥) = 4.5 𝑐𝑜𝑠 (𝑥) 60 TRIGONOMETRÍA Soluciones: 1) La amplitud queda determinada por los radios de cada engranaje, para A su amplitud es de12,7 cm, B tendrá una amplitud de 10,3 cm y C tendrá una amplitud de 8 cm aproximadamente. 2) Realiza la gráfica de las siguientes funciones a partir de la gráfica de cos(x). a) 𝑓(𝑥) = 1 3 𝑐𝑜𝑠 (𝑥) (grafica roja) b) 𝑔(𝑥) = 4.5 𝑐𝑜𝑠 (𝑥) (grafica verde) 61 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°10 AMPLITUD Y PERIODO DE LA FUNCION SENO En cada una de las siguientes ecuaciones determina amplitud y periodo y grafícalas: a) 𝑓(𝑥) = 3𝑠𝑒𝑛(7𝑥) b) 𝑔(𝑥) = −𝑠𝑒𝑛(𝑥) c) ℎ(𝑥) = −6𝑠𝑒𝑛(𝜋𝑥) d) 𝑡(𝑥) = 3 4 𝑠𝑒𝑛 ( 2 7 𝜋𝑥) Soluciones: a) Amplitud = 3 unidades periodo = 2 7 𝜋 unidades b) Amplitud = 1 unidad periodo = 2𝜋 unidades c) Amplitud = 6 unidades periodo = 2 unidades 62 TRIGONOMETRÍA d) Amplitud = 3 4 unidades periodo = 7 unidades 63 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°11 FUNCIONES SENO Y COSENO PROBLEMAS DE PERIODO 1) Marcelo observa como su perro intenta morderse la cola de modo que realiza 6 giros en 8 segundos. a) ¿Cuál es la duración en segundos de un periodo del movimiento? b) ¿Cuál es la cantidad de giros que realiza el perro si girase 14 segundos? c) Calcula la amplitud del movimiento descrito. d) Determina la función que modela el movimiento descrito. 2) El CD de un ordenador gira con una velocidad de 650 r.p.m. a) ¿Cuál es la duración en segundos de un periodo? b) Calcula el número de vueltas que da durante la reproducción de una canción de 4 minutos. c) ¿Qué información te falta para determinar la función que permita modelar el giro del CD? Nota: las r.p.m son las revoluciones por minuto y representan la cantidad de vueltas que en este caso da el CD en un minuto. Soluciones: 1) a) Un periodo tiene una duración de 4/3 segundos. b) Realiza 10.5 giros en 14 segundos c) La amplitud del movimiento descrito es de 35 cm. d) Una función que modela el movimiento del perro es: 𝑓(𝑥) = 35 ∙ 𝑠𝑒𝑛 ( 3𝜋 2 𝑥) (suponiendo que el perro siempre gira en el mismo lugar y nunca se desplaza) 2) a) Un periodo dura aproximadamente 0,092 segundos. b) Una canción de 4 minutos tiene 2.608 revoluciones (giros). c) Falta el diámetro del CD para determinar la amplitud, ya que al estar fijo el CD dando vueltas no existen desfases en el eje x o y. 64 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°12 TRASLACIONES DE LAS FUNCIONES SENO Y COSENO 1) Determina cuántas unidades se traslada en el eje x e y, cada una de las gráficas dadas en color rojo, respecto de las funciones 𝑠𝑒𝑛(𝑥) y 𝑐𝑜𝑠(𝑥) marcadas en color negro. a)b) 2) Escribe la expresión algebraica de cada una de las funciones de color rojo representadas en el ejercicio anterior. Soluciones: 1) a) La gráfica se traslada 5𝜋 4 hacia el lado derecho en el eje x (también sería correcto decir que se traslada 3𝜋 4 hacia la izquierda) y se traslada 2 unidades hacia arriba en el eje y. b) La gráfica se traslada 3𝜋 2 hacia el lado derecho en el eje x (también sería correcto decir que se traslada 𝜋 2 hacia la izquierda) y se traslada 3 unidades hacia abajo en el eje y. 2) Las expresiones algebraicas de cada gráfica de color rojo son: a) 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 − 5𝜋 4 ) + 2 ó 𝑓(𝑥) = 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 + 3𝜋 4 ) + 2 b) 𝑔(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛 (𝑥 − 3𝜋 2 ) − 3 ó 𝑔(𝑥) = 𝑠𝑒𝑛 (𝑥 + 𝜋 2 ) − 3 65 TRIGONOMETRÍA EJERCICIOS N°13 DEFORMACIONES Y TRASLACIONES DE FUNCIÓN DEL SENO Y COSENO 1) La ecuación de una onda que se propaga por una cuerda es: 𝑓(𝑥) = 0,05 cos(24𝜋 − 4𝜋𝑥) , donde 𝑥 es la distancia en metros de un punto en la cuerda respecto del origen y f(x) es la separación en metros del punto desde la línea central de la onda. a) ¿Cuál es la separación máxima de un punto respecto de su línea media? b) ¿Cuál es la distancia que recorre una onda completa? 2) La siguiente ecuación muestra el movimiento de un resorte con una masa: 𝑦(𝑡) = 5 2 𝑠𝑒𝑛 (2𝑡 − 𝜋 3 ) Donde 𝑦 es el estiramiento del resorte en metros y 𝑡 es el tiempo transcurrido en segundos. a) Determina: Amplitud, Periodo, Ecuación de la línea media de la onda, Desfases. b) ¿Luego de cuántos segundos desde que se inicia el movimiento el resorte alcanza su máximo estiramiento? Soluciones: 1) a) La separación máxima de un punto respecto de su línea media es de 0.05 metros. b) La distancia corresponde al periodo de la función que es 0.5 metros. 2) a) la amplitud es 5/2, periodo 𝜋, ecuación de la línea media de la onda y=0, no se desfasa en el eje y, desfase en x es de 𝜋 6 . b) luego de 1,3 segundos aproximadamente alcanza su máximo estiramiento. 66 TRIGONOMETRÍA PROBLEMAS NO RUTINARIOS 67 TRIGONOMETRÍA 1) Observa las medidas del diámetro de cada una de las ruedas de la bicicleta y responde: Una bicicleta aro 26 significa que tiene 26 pulgadas de diámetro (559 mm aproximadamente) y una bicicleta aro 29 significa que tiene 29 pulgadas de diámetro (622 mm aproximadamente) a) Si consideras el giro de sus ruedas, ¿Cuál es la longitud recorrida en un giro completo en cada bicicleta? b) ¿Cuál es la función sinusoidal que representa los movimientos rotatorios de las ruedas de ambas bicicletas? 2) A continuación, se presentan los datos consignados en una bitácora meteorológica, donde se observó durante 24 horas la temperatura de una ciudad. La primera coordenada es la hora en la cual se tomó la temperatura y la segunda es la temperatura en grados Celsius. (7:00,9.0) (8:00,11.0) (9:00,14.0) (10:00,18.0) (11:00,19.5) (12:00,20.0) (13:00,20.0) (14:00,19.0) (15:00,17.0) (16:00,15.0) (17:00,13.0) (18:00,11.5) (19:00,10.0) (20:00,9.0) (21:00,8.0) (22:00,7.0) (22:00,7.0) (24:00,1.2) (1:00,6.0) (2:00,5.5) (3:00,5.5) (4:00,6.0) (5:00,7.0) (6:00,8.5) (7:00,9.0) a) Representa los datos en un plano cartesiano. b) Encuentra una función del tipo sinusoidal que permita estimar el fenómeno y grafícala. Compara lo obtenido con los puntos originalmente dados. c) Determina la amplitud, el periodo y el desfase de tu función creada. Solución: 1) a) La longitud recorrida en un giro completo corresponde al perímetro de la rueda, en el caso de la bicicleta aro 26 es de 175,6 cm aproximadamente, y en el caso de la bicicleta aro 29 es de 195,4 cm aproximadamente. 68 TRIGONOMETRÍA b) las funciones que permiten modelar el movimiento rotatorio de la bicicleta aro 26 y aro 29 son respectivamente: 𝑓(𝑥) = 279.5 ∙ 𝑠𝑒𝑛(0.02𝑥) 𝑔(𝑥) = 311 ∙ 𝑠𝑒𝑛(0.02𝑥) 2) a) Representa los datos en un plano cartesiano. b) Encuentra una función del tipo sinusoidal que permita estimar el fenómeno y grafícala. Compara lo obtenido con los puntos originalmente dados. En este caso las respuestas pueden ser diversas, una función que permite seguir la curva y estimar los datos es: 𝑓(𝑥) = 11.07 + 7.26𝑠𝑒𝑛(0.26 + 0.02) Pero hay muchas más, debido a que los puntos no forman una onda sinusoidal exacta, por lo que buscamos una función que permita aproximarse a los valores, analizando amplitud, periodo y desfases. 69 TRIGONOMETRÍA En este caso la gráfica de la función creada es: c) Determina la amplitud, el periodo y el desfase de tu función creada. De acuerdo con la función creada: 𝑓(𝑥) = 11.07 + 7.26𝑠𝑒𝑛(0.26𝑥 + 0.02) La amplitud es 7.26 El periodo es 100𝜋 13 ≈ 24.2 El desfase en el eje y es de 11.07 unidades. El desfase en el eje x es de 1/13 unidades (0.08 unidades aproximadamente) También puedes estimar una función sinusoidal utilizando el programa Geogebra. 70 TRIGONOMETRÍA
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