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www.FreeLibros.org TRIGOnOÍDETRÍR Teoría y práctica Rubén Alvo Cabrera TRIGOnOfllETRIH Teoría y práctica T rigonometría : T eoría y práctica C olección U niciencia S apiens R ubén A lva C abrera © Rubén Alva Cabrera, 2007 Asesoría académica: Salvador Timoteo V. © Editorial San Marcos E. I. R. L., editor Jr. Dávalos Lissón 135, Lima, Lima, Lima Teléfono: 331-1522 RUC: 20260100808 E-mail: informes@editorialsanmarcos.com Diseño de portada: Gustavo Tuppia Composición de interiores: Blanca Llanos Responsable de edición: Alex Cubas Primera edición: 2007 Segunda edición: 2014 Tercera edición: diciembre 2015 Tiraje: 2000 ejemplares Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú N.° 2015-17918 ISBN: 978-612-315-278-9 Registro de proyecto editorial N.° 31501001501403 Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, sin previa autorización escrita del autor y del editor. Impreso en el Perú / Printed in Perú Pedidos: Jr. Dávalos Lissón 135, Lima Teléfono: 433-7611 E-mail: ventas@ editorialsanmarcos.com www.editorialsanmarcos.com Impresión: Editorial San Marcos de Aníbal Jesús Paredes Galván Av. Las Lomas 1600, Urb. Mangomarca, San Juan de Lurigancho, Lima, Lima RUC: 10090984344 Marzo 2016 mailto:informes@editorialsanmarcos.com mailto:ventas@editorialsanmarcos.com http://www.editorialsanmarcos.com Presentación, ÍNDICE 11 CAPÍTULO 01: SISTEMA DE MEDICIÓN ANGULAR - SECTOR CIRCULAR Biografía: Hiparco de N lce a ................................................................................................................................................... 13 Ángulo trigonométrico............................................................................................................................................................... 14 Sistema de medición a n g u la r ............................................................................................................................................... 14 Relación de conversión de los tres s is tem as..................................................................................................................... 14 Factor de conversión................................................................................................................................................................ 14 Regla de convers ión ................................................................................................................................................................ 14 Relación entre los sistemas sexagesimal y centesimal.................................................................................................. 16 Ángulos coterm inales............................................................................................................................................................... 17 Sector circular............................................................................................................................................................................ 17 Trapecio c ircu lar........................................................................................................................................................................ 18 Problemas resueltos................................................................................................................................................................. 21 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 32 Problemas propuestos............................................................................................................................................................. 34 CAPÍTULO 02: RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS AGUDOS Biografía: A l-Battani.................................................................................................................................................................. 39 Razones trigonométricas en el triángulo rectángulo ....................................................................................................... 40 Teorema del com plem ento........................................................................... 40 Triángulos p itagóricos............................................................................................................................................................. 41 Triángulos rectángulos no tab les ........................................................................................................................................... 43 Resoluciones de triángulos rectángu los.............................................................................. -............................................. 44 Cálculo de razones trigonométricas de la mitad de un ángulo........................................................................................ 45 Área de triángu lo ....................................................................................................................................................................... 46 Ángulos verticales y horizontales (ángulos de elevación y depresión)........................................................................ 47 Rosa náutica............................................................................................................................................................................... 47 Problemas resue ltos ................................................................................................................................................................ 49 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 65 Problemas propuestos............................................................................................................................................................. 67 CAPÍTULO 03: RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS EN POSICIÓN NORMAL Biografía: Abu'l W afa................................................................................................................................................................ 75 Rectas dirig idas......................................................................................................................................................................... 76 Sistema coordenado sobre una recta.................................................................................................................................. 76 Sistema coordenado sobre un plano.................................................................................................................................... 76 Ángulos en posición norm al................................................................................................................................................... 77 Ángulos cuadrantales............................................................................................................................................................... 77 Representación particular de los ángulos cuadrantales................................................................................................... 78 RT de ángulos en posición norm al....................................................................................................................................... 79 Signos de las razones trigonométricas................................................................................................................................ 80 RT ángulos coterm inales......................................................................................................................................................... 81 RT de ángulos negativos......................................................................................................................................................... 81 Circunferenciatrigonométrica................................................................................................................................................. 81 Líneas trigonom étricas............................................................................................................................................................ 82 Líneas auxiliares........................................................................................................................................................................ 82 RT de los principales ángulos cuadrantales....................................................................................................................... 83 6 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Cuadro de variación de las razones trigonom étricas......................................................................................................... 83 Extensión de las razones trigonométricas............................................................................................................................. 83 Razones trigonométricas de ángulos de la forma (nrt ± a ) v [n(180°) ± a], n e TL...................................................... 85 Razones trigonométricas de ángulos de la forma: J(2n + 1 ) - |± a jv [(2 n + 1 )(90°)±a ];n e TL................................ 86 Reducción al primer cuadrante................................................................................................................................................ 87 RT de ángulos notables............................................................................................................................................................. 89 Problemas resueltos................................................................................................................................................................... 93 Problemas de examen de admisión U N I.............................................................................................................................. 109 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 111 CAPÍTULO 04: IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS Biografía: Johann Müller........................................................................................................................................................... 121 Definición...................................................................................................................................................................................... 122 Identidades principales............................................................................................................................................................. 122 Identidades auxiliares................................................................................................................................................................ 123 Tipos de problem as................................................................................................................................................................... 123 Problemas resueltos.................................................................................................................................................................. 127 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 139 Problemas propuestos............................................................................................................................................................... 141 CAPÍTULO 05: IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS DE LA SUMA Y DIFERENCIA DE ÁNGULOS Biografía: Edmund Gunter........................................................................................................................................................ 147 Seno de la suma y diferencia de dos ángulos.............................................................................. 148 Coseno de la suma y diferencia de dos ángulos ................................................................................................... 148 Tangente de la suma y diferencia de dos ángu los............................................................................................................. 148 Cotangente de la suma y diferencia de dos ángu los ........................................................................................................ 148 Identidades auxiliares................................................................................................................................................................ 150 Identidades trigonométricas de la suma de tres ángulos................................................................................................. 152 Problemas resueltos.................................................................................................................................................................. 153 Problemas de examen de admisión U N I.............................................................................................................................. 165 Problemas propuestos............................................................................................................................................................... 167 CAPÍTULO 06: ÁNGULOS MÚLTIPLES Biografía: Aryabhata .................................................................................................................................................................. 173 Identidades trigonométricas del ángulo dob le ................................................................................................................... 174 Identidades auxiliares del ángulo doble ............................................................................................................................. 178 Identidades trigonométricas del ángulo m itad................................................................................................................... 178 Identidades trigonométricas del ángulo trip le ..................................................................................................................... 182 Identidades auxiliares del ángulo tr ip le ............................................................................................................................... 183 Problemas resueltos.................................................................................................................................................................. 186 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 198 Problemas propuestos...................................................................................................... 199 CAPÍTULO 07: IDENTIDADES DEL PRODUCTO, SUMA Y DIFERENCIA DE SENO Y COSENO Biografía: William Oughtred..................................................................................................................................................... 205 Identidades de transformación de suma o diferencia de senos a producto............................................................... 206 Identidades de transformación de suma o diferencia de cosenos a producto.......................................................... 206 Identidades de transformación de producto de seno y coseno a suma (o diferencia) de se n o s ........................... 209 Identidad de transformación de producto de cosenos a suma de cosenos............................................................... 209 Identidad de transformación de producto de senos a diferencia de cosenos........................................................... 209 Series trigonométricas................................................................................................................211 Productos trigonométricas........................................................................................................................................................ 214 T R IG O N O M E T R ÍA ■ 7 Problemas resueltos................................................................................................................................................................. 215 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 227 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 229 CAPÍTULO 08: FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS Biografía: Georg R heticus....................................................................................................................................................... 235 Conceptos prelim inares........................................................................................................................................................... 236 Funciones............................................... 237 Gráfica de una fu n c ió n ............................................................................................................................................................ 238 Clasificación de las funciones................................................................................................................................................ 239 Funciones especiales............................................................................................................................................................... 240 Análisis de las funciones trigonométricas básicas .......................................................................................................... 241 Funciones trigonométricas compuestas.............................................................................................................................. 242 Multiplicación de la función por una constante.................................................................................................................. 242 Multiplicación del argumento por una constante ............................................................................................................... 243 Suma de una constante al valor de la función.................................................................................................................... 244 Suma de una constante al argumento.................................................................................................................................. 244 Funciones auxiliares................................................................................................................................................................. 247 Problemas resueltos................................................................................................................................................................. 252 Problemas de examen de admisión UN I............................................................................................................................. 267 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 269 CAPÍTULO 09: FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS INVERSAS Biografía: N ie lsA be l................................................................................................................................................................. 277 Conceptos pre lim inares.......................................................................................................................................................... 278 Funciones inve rsas .................................................................................................................................................................. 278 Función suryectiva o sobreyectiva ............ 278 Función inyectlva o univalente ................... 279 Función inversa ........................................................................................................................................................................ 280 Gráfica de una función in ve rsa ............................................................................................... 281 Funciones trigonométricas in ve rsa s .................................................................................................................................... 281 Gráfica, dominio y rango de las funciones trigonométricas Inversas .......................................................................... 281 Propiedades de las funciones trigonométricas inversas ................................................................................................ 285 Funciones trigonométricas Inversas com puestas............................................................................................................. 287 Método práctico para hallar la ecuación de una c u rv a ................................................................................................... 290 Problemas resue ltos ................................................................................................................................................................ 293 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 306 Problemas propuestos............................................................................................................................................................ 308 CAPÍTULO 10: ECUACIONES E INECUACIONES TRIGONOMÉTRICAS Biografía: Frangols V lé te ......................................................................................................................................................... 315 Ecuaciones trigonom étricas................................................................................................................................................... 316 Ecuaciones trigonométricas elementales............................................................................................................................ 316 Ecuaciones trigonométricas no elementales...................................................................................................................... 320 Sistema de ecuaciones trigonométricas.............................................................................................................................. 322 Inecuaciones trigonométricas .............................................................................................................................................. 324 Problemas resueltos................................................................................................................................................................. 332 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 346 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 347 CAPÍTULO 11: RESOLUCIÓN DE FIGURAS GEOMÉTRICAS Biografía: Edward Kasner........................................................................................................................................................ 355 Introducción ............................................................................................................................................................................... 356 8 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Resolución de triángulos rectángulos...................................................................................................................................356 Polígonos regulares.................................................................................................................................................................. 357 Resolución de triángulos oblicuángulos.............................................................................................................................. 359 Casos que se presentan en la resolución de triángulos oblicuángulos....................................................................... 360 Funciones trigonométricas de la mitad de un ángulo de un triángulo en términos de los lados........................... 363 Elementos auxiliares de un triángulo.................................................................................................................................... 364 Área del triángu lo ...................................................................................................................................................................... 365 Otras relaciones entre los elementos de un triángu lo ..................................................................................................... 365 Cuadriláteros.............................................................................................................................................................................. 368 Problemas resueltos................................................................................................................................................................. 371 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 384 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 386 CAPÍTULO 12: GEOMETRÍA ANALÍTICA - COORDENADAS POLARES Biografía: Joseph Gergonne................................................................................................................................................... 393 Sistema de coordenadas rectangulares.............................................................................................................................. 394 Distancia entre dos puntos..................................................................................................................................................... 394 División de un segmento en una razón d ada ..................................................................................................................... 395 Ángulo de inclinación, pendiente de una recta y ángulo entre dos rec tas................................................................. 397 La recta........................................................................................................................................................................................ 399 Distancia de un punto a una recta......................................................................................................................................... 402 Área de una región triangular ............................................................................................................................................. 402 Área de una región po ligona l.................................................... :........................................................................................... 402 La circunferencia....................................................................................................................................................................... 405 La parábola................................................................................................................................................................................. 409 La elipse ..................................................................................................................................................................................... 416 La hipérbola................................................................................................................................................................................ 423 Transformación de coordenadas........................................................................................................................................... 429 Coordenadas polares .............................................................................................................................................................. 434 Problemas resueltos......................................................... 442 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 451 Problemas propuestos.............................................................................................................................................................. 453 CAPÍTULO 13: LÍMITES Y DERIVADAS DE FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS Biografía: John W allis............................................................................................................................................................... 459 Nociones p re lim ina res............................................................................................................................................................ 460 Idea de lím ite.............................................................................................................................................................................. 460 Límites trigonométricos .......................................................................................................................................................... 461 La sinusoide .............................................................................................................................................................................. 465 La c ic lo ide ................................................................................................................................................................................... 466 Derivada de func io ne s ............................................................................................................................................................ 470 Derivada de funciones trigonométricas .............................................................................................................................. 470 Cálculo de lím ites...................................................................................................................................................................... 470 Problemas resue ltos ................................................................................................................................................................ 472 Problemas propuestos............................................................................................................................................................ 485 CAPÍTULO 14: NÚMEROS COMPLEJOS APLICADOS A LA TRIGONOMETRÍA Biografía: Cari G auss............................................................................................................................................................... 489 Número complejo ..................................................................................................................................................................... 490 Igualdad de números com ple jos........................................................................................................................................... 490 Conjugado de un número com p le jo ..................................................................................................................................... 490 Operaciones con números complejos ................................................................................................................................490 . Potencias de i : ............................................................................................................................................................................ 491 T r i g o n o m e t r í a ■ 9 Representación gráfica de los números com p le jos ......................................................................................................... 491 Módulo o valor absoluto de un número com p le jo ............................................................................................................. 491 Representación gráfica o geométrica de conjuntos especiales ................................................................................... 492 Forma polar o trigonométrica de un número com p le jo ................................................................................................... 493 Operaciones con números complejos en forma p o la r .................................................................................................... 494 Forma exponencial de un número complejo ..................................................................................................................... 495 Operaciones con números complejos en forma exponencial......................................................................................... 495 Teorema de Abraham de Moivre .......................................................................................................................................... 495 Raíces de números complejos ............................................................................................................................................. 496 Raíces enésimas de la unidad ............................................................................................................................................. 497 Problemas resue ltos ................................................................................................................................................................ 498 Problemas de examen de admisión U N I............................................................................................................................. 505 Problemas propuestos............................................................................................................................................................. 507 PRESENTACIÓN El presente libro tiene com o ob je tivo brindar al estud ian te de la m anera más d idáctica posib le una com ple ta in form ación acerca de la T rigonom etría para su aprendiza je . Este texto propone el desarro llo de los conceptos m ás e lem enta les del curso, para llegar a tem as recientem ente incorporados en los exám enes de adm isión, según el prospecto de la UNI. En cada capítu lo se desarro llan los aspectos teóricos con m ucha s im plic idad, sa crificando en a lgunos casos el rigor m atem ático, con el propósito de que los conceptos y de fin ic iones sean ráp idam ente asim ilados. Adem ás se incluye una gran variedad de problem as resueltos y propuestos de tal m anera que el estud iante pueda afianzar sus conocim ien tos en la m ateria. El presente libro de Trigonom etría de la Co lección Uniciencia Sapiens, tiene la parti cularidad de m ostrar con sencillez la rigurosidad del curso, m ediante cuantiosos ejem plos y problem as resueltos y propuestos por capítu lo, que sirven a su vez de m odelos para en fren ta r con éxito otros tipos de problem as. Los proced im ientos ap licados se com unican sigu iendo la secuencia lógica com ún en cua lqu ie r ram a de la m atem ática, dem ostrándose gran cantidad de teorem as y propiedades. Adem ás cuenta con problem as de exam en de adm isión a la UNI con respuestas y claves. E speram os que esta pub licación logre conve rtirse en un im portan te au x ilia r peda góg ico para todos los es tud ian tes de educac ión secundaria , p reun ive rs ita ria y superior, adem ás que logre aporta r en su p reparación para a fron ta r con éxito el exam en de ad m is ión y en su pos te rio r desarro llo p ro fes iona l. Si este tex to logra ser parte fundam enta l en la construcc ión de un fu tu ro p ro fes iona l peruano, en tonces nos darem os por sa tis fechos. El Editor Sistema de medición angular Sector circular Hiparco de Nicea (Nicea, 190 a. C.-120 a. C.) fue un astrónomo, geógrafo y m atem ático griego. Entre sus aportaciones cabe des tacar: el primer catálogo de es trellas; la división del día en 24 horas de igual duración (hasta la invención del reloj m ecánico en el siglo XIV las divisiones del día variaban con las estaciones); el descubrimiento de la precesión de los equinoccios; la distinción entre año sidéreo y año trópico, m ayor precisión en la m edida de la distancia Tierra-Luna y de la oblicuidad de la eclíptica y de los conceptos de longitud y latitud geográficas. Por otra parte, Hiparco es el in ventor de la trigonometría, cuyo objeto consiste en relacionar las medidas angulares con las linea les. Las necesidades de ese tipo de cálculos son muy frecuentes en Astronomía. Hiparco cons truyó una tabla de cuerdas que equivalía a una moderna tabla de senos. Con la ayuda de dicha tabla, pudo fácilmente relacionar los lados y los ángulos de todo triángulo plano. Ahora bien, los triángulos dibujados sobre la superficie de la esfera celeste no son planos, sino esféricos constitu yendo la trigonometría esférica. Además, elaboró el prim er catálogo de estrellas que contenía la posición en coordenadas eclípticas de 850 estrellas. Fuente: W ikipedia 1 4 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s <4 ÁNGULO TRIGONOMÉTRICO En geometría plana un ángulo se define como la figura formada por dos rayos que parten de un mismo punto. En Trigonometría generalmente se considera que un ángulo se genera por la rotación de un rayo alrededor de su origen (llamado: vértice) desde una posición Ini cial (llamado: lado inicial) hasta una posición terminal (llamado: lado final). La medida de un ángulo es, si me permiten la expre sión, la cantidad de rotación (o amplitud de. rotación) que efectúa el rayo al girar en torno a su origen desde su posición inicial hasta su posición final. Esta medi da será un número positivo si la rotación se efectúa en sentido antíhorarío y negativo en caso contrario. OÁ: lado inicial OB: lado final O: vértice 6 : número que indica la me dida del ángulo AOB. Comúnmente se suele lla mar a un ángulo cuya medi da es 0 como: el ángulo 0 . La flecha curva indica en qué sentido es la rotación. En las figuras adjuntas. 0 es positivo, a es negativo, <|> es negativo. Debemos tener presente que la medida de un ángulo trigo nométrico no tiene límite. Ai ángulo generado al rotar un rayo en sentido anti horario hasta que coincida por primera vez con su po sición inicial lo denominamos ángulo de una vuelta o ángulo de una revolución. & <4 SISTEMAS DE MEDICIÓN ANGULAR Sistema sexagesimal (sistema inglés) En este sistema consideramos al ángulo de una vuelta dividido en 360 partes ¡guales y a cada parte se le denomina un “grado sexagesimal” , a cada grado se le divide en 60 partes iguales y a cada parte de le de nomina “m inuto sexagesimal” , a su vez a cada minuto se le divide en 60 partes iguales y a cada parte se le denomina “segundo sexagesimal” . NOTACIÓN EQUIVALENCIAS * 1 grado sexagesimal: 1° * 1° = 60’ = 3600” * 1 minuto sexagesimal: 1’ * 1 ’ = 60” * 1 segundo sexagesimal: 1” m Z 1 vuelta 360 =» mZ1 vuelta = 360° Sistema centesimal (sistema francés) En este sistema consideramos al ángulo de una vuelta dividido en 400 partes iguales y a cada parte se le denomina un “grado centesimal", a cada grado se le divide en 100 partes ¡guales y a cada parte se le de nomina “minuto centesimal” , a su vez a cada minuto se le divide en 100 partes iguales y a cada parte se le denomina “segundo centesimal” . NOTACIÓN EQUIVALENCIAS * 1 grado centesimal:19 * 1= = 100m = 10 0005 * 1 minuto centesimal: 1m * r = io o s * 1 segundo centesimal: 1s mZ1 vuelta 400 => mZ1 vuelta = 4009 Sistema radial (sistema circular) En este sistema la unidad angular es el radián. Un ra dián se define como la medida del ángulo central que subtiende en cualquier circunferencia un arco de longi tud igual al radio. (En la figura adjunta el ángulo 0 mide un radián). En este sistema el ángulo de una vuelta mide 2n ra dianes. mZ1 vuelta = 2n rad = 1 rad <4 RELACIÓN DE CONVERSIÓN DE LOS TRES SISTEMAS Sean S, C y R los números que representan la medida de un ángulo en los sistemas sexagesimal, centesimal y radial respectivamente. Sabemos que: 360° = 4009 = 2n rad S C R 360 400 2n Entonces se cumple: Simplificando: S 180 C 200 Fórmula o relación de conversión. T r i g o n o m e t r í a ■ 1 5 Aplicaciones: 1. Convertir T rad a grados sexagesimales. Resolución: S 180 R 7t s 180 S = 36 2. Convertir 60° a radianes. Resolución: _C_ R _60_ 200 n 200 p _ 371 10 £ rad = 36°O 60g = rad S, C y R son los números que indican la medida de un ángulo en los sistemas sexagesimal, cen tesimal y radial, respectivamente, y se cumple que: S + C = 12B.+ 37. Hallar la medida de dicho án- 71 guio en radianes. Resolución: Sabemos que: _S^ R o 180 R _C_ 180 ti ti 200 Entonces: R C = 200 R S + C = + 37 71 ^ 380R 10R 71 71 3771 71 180R , 20 0 R _ 10R 37 71 71 370 R + 37 = 37 R = 370 10 R = TÉ) rad 4. R, C y S son los números que indican la medida de un ángulo en los sistemas conocidos, y se verifica que: ■IC + S + -IC - S = + 1). Hallar la me- Vn dida de dicho ángulo en radianes. (R ¿ 0). Resolución: V c T S + = -pr(/T9 + 1) Vtc > /200 R | 180 R ] Í20ÓF y n 71 y tl - M S + i m r ( m + d y 71 y t i v 71 J 8 0 R = R (/ Í9 + 1) 7t V 71 20 R (VT9 + 1) = -t=(V19 + 1) T V 71• i IOOR R Simplificando: = -£+, elevando al cuadrado I 71 V 71 se obtiene: = B ! ^ r = 20 7t 71 Por lo tanto, el ángulo mide 20 radianes. S, C y R son los números que indican la medida de un ángulo en los sistemas conocidos. Si se cum ple: S° = Rs, calcular 9VS . Resolución: Dato: Sc = Rs SSabemos: 180 C 200 r - 200 c ° “ T80b C = f s Entonces: (S ) 9 = Pero: R 180 71 10 , S 9 7t => s 9 S 180 10 _ ps, simplificando: 5 T = R 10 _ R = f ¿ ; entonces: s 9 = 180 " VS ' 180 rad < i FACTOR DE CONVERSIÓN Una forma práctica para pasar de un sistema a otro es multiplicar a la medida dada por un “factor de conver sión” . Dicho factor consiste en una fracción equivalente a la unidad tal que en el numerador colocamos la uni dad deseada y en el denominador la unidad a eliminar y los números que acompañan a estas unidades deben ser equivalentes. Para utilizar este método debe recordar que: 180° = 200a = n rad Aplicaciones: 1. Convertir £ rad a grados sexagesimales. O Resolución: Unidad deseada: grados sexagesimales Unidad a eliminar: radianes Sabemos que: 180° = n rad 7t /180° \ 6 rad(í?ad I ' 30° 2. Convertir 25a a grados sexagesimales. Resolución: 25g/!8 0 _ \ = 22 y V 2009 7 3. Convertir 80a a radianes. Resolución: 80a( T ia d \ = 27Lrad l 2009 / 5 <4 REGLA DE CONVERSIÓN En un sistema de medición dado, para pasar de una unidad superior a una inferior se multiplica por la equi valencia respectiva. Para pasar de una unidad inferior a una unidad superior se divide entre la equivalencia respectiva. Por ejemplo, para el sistema sexagesimal hacemos el cuadro siguiente: 1 6 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Aplicaciones: 1. Un ángulo mide 5°36’45” convertir a segundos sexagesimales. Resolución: 5o = 5(3600)” = 18 000” 36' = 36’(60)° = 2160” 5°36’45" = 18 000” + 2160” + 45” 5°36’45” = 20 205” 2. Si un ángulo mide 17,3075° expresar dicha medida en grados, minutos y segundos sexagesimales. Resolución: 17,3075° (nos quedamos con la parte entera): 17° 0,3075° = 0,3075(60)’ = 18,45’ (parte entera): 18’ 0,45’ = 0,45(60)” = 27” Luego: 17,3075° = 17°18’27” 3. Si un ángulo mide 29 268” expresar dicha medida en grados, minutos y segundos sexagesimales. Resolución: 29 2 6 8 [60 526 487 I 60 .-. 29 268” = 8°7’48” 468 © © © 4. La medida de un ángulo a es 40°37’52” y de 0 es 20°30’28”. Calcular a + 0 y a - 0 Resolución: a + 0 : 40°37’52” + 20°30’28” 60°67’80” =>a + 0 = 60°67’80” = 61°08’20" a - 0 : 40°37’52” - 20°30'28” 20°07'24” = » a -0 = 20°07’24” Equivalencias usuales 15°= ± rad 45“ = £ rad 4 75“ = | | rad 180° = n rad 13° = JL rad 54" = i rad 90" = rad 225“= % rad 4 22°30’ = i radO 60“ = rad 120"= -y- rad 270"=-y- rad 30“ = § rad 6 67“30’= - ^ radO 135"=% rad 4 300°= ̂ 2- rad 36“ = f radO 72" = ~ rad O 150"= % rad 6 360° = 2n rad «RELACIÓN ENTRE LOS SISTEMAS SEXA GESIMAL Y CENTESIMAL s cSabemos que: -rfrr = y ^ - ; simplificando se obtiene: ToU 2UU s = _c 9 10 m _ n 27 " 50 P _ q 81 250 S: número de grados sexagesimales C: número de grados centesimales m: número de minutos sexagesimales n: número de minutos centesimales p: número de segundos sexagesimales q: número de segundos centesimales Aplicaciones 1. Sabiendo que a y 0 son ángulos complementarios, que a mide (8x )9 y 8 mide (2x - 2)°. Hallar cuánto mide cada ángulo en el sistema radial. Resolución: En el sistema sexagesimal: a + 0 = 90°; a = (8x )9 y 0 = (2x - 2)° Entonces pasamos a al sistema sexagesimal: Luego: % x + 2x - 2 = 90 => x = 10 5 Entonces: a = 72° y 0 = 18°, en radianes: a = ^ rad y 9 = ^ rad 2. La medida de un ángulo en el sistema sexagesimal es (20 + x)° y en el sistema centesimal (20 - x)9. Calcular la medida de dicho ángulo en radianes. Resolución: S CSabemos: ^ = t k entonces: 9 10 = 20|~ x =» 200 + 10x = 180 - 9x 20 Luego: x = - ^ g Entonces el ángulo mide: | 2 0 - - | ^ j = ( t é t ) En radianes: rad 3. Convertir 2754 segundos sexagesimales a minutos centesimales. Resolución: Primero pasamos 2754" a segundos centesimales: = 250 ^ 2754” = 850GS Pasamos ahora a minutos centesimales: 8500 oc w = 85 .-. 2754” = 85m 4. La medida de un ángulo en el sistema sexagesimal es a°a’ y la medida de otro ángulo en el sistema centesimal es a9am. Si la suma de las medidas de dichos ángulos en el sistema sexagesimal es igual a T r i g o n o m e t r í a ■ 17 57°46'12” , calcular su diferencia en el sistema inglés. Resolución: a \° / 61 a \• a = a a ^ a = ( a , 6o ; - l6 0 • 9 = a9am- e = (a + i i o M w ) 9 • 57°46'12” = 57,77° 9 /1013 \ °En el sistema sexagesimal: 0 = J q ( ^q'q ' ) Dato: « + 0 = 57,77° + 57,77 => a — 30 De donde: a = 30°30’ A 0 = 27,27° = 27° 16’ 12” a - 0 = 30° 29' 60” - 27° 16’ 12” = 3° 13’ 48” 1 radián = 57°17’44,81” = 63966m19.77! 1 radián > 1° > T; 1’ > 1m; 1” > T Para todo ángulo positivo: C > S > R < i ÁNGULOS COTER MI NALES Se denomina de esta manera a todos aquellos ángulos que tienen los mismos elementos (vértice, lado Inicial y lado final). En las figuras adjuntas a y <j> son ángulos coterminales, lo mismo que a y t Una característica fundamental de los ángulos coter- mlnales es que se diferencian en un número entero de vueltas. Si a y 0 son dos ángulos coterminales, se cumple: Si a y 9 están en grados sexagesi males, ( k e Z ) a - 0 = k(360°) a - 0 = k(2n rad) Si a y 0 están en radianes, (k e TL) En forma práctica para determinar si dos ángulos son coterminales: Restamos dichos ángulos. Dividimos la diferencia entre 360° o (2n rad) Si el resultado es un número entero entonces los ángulos son coterminales. Ejemplo: En cada uno de los casos siguientes determ inar si los ángulos son coterminales (AC) 1. 80° y 440° => 80° - 440°= -36 0 ° => = -1 obO Si son AC. 2. -150°y 570° =» -150° - 570° = -720° => - 7— = - 2 obO Si son AC. 3. -750° y - 510° -750° - (-510°) = 1260° =* = 3,5 360 No son AC. 4. ^ rad y % rad => ^ ^ rad 6 6 6 6 6 3 n =» = j No son AC.2n 6 5. ^ rad y rad => = 3 Si sonAC 2 it 6 . Dos ángulos a y 0 son coterminales y además complementarios. Hallar la medida del ángulo a si 200° < a < 300°. Resolución: Como a y 0 son coterminales: a - 0 = k(360°) ...(1) Como a y 0 son complementarios: a + 0 = 90° ...(2) Sumando (1) + (2): 2a = k(360°) + 90° => a = k(180°) + 45° Para:k = 0 => a = 45° k = 1 - a = 225° k = 2 =» a = 405° Por dato: 200° < a < 300° Entonces de los valores obtenidos el único que sa tisface la desigualdad es: a = 225° <♦ SECTOR CIRCULAR Nociones preliminares Circunferencia Círculo Corona circularO O (C| Longitud = 2rtR Área = nR2 Área = n(R2 - r2) Sector circular Es una porción de círculo limitado por dos radios, y el arco de circunferencia. En la figura adjunta AOB es un sector circular cuyos elementos son: El arco AB, cuya longitud es L. Los radios OA y OB, cuya longitud es r. El ángulos central AOB, cuya medida es 0 rad. 1 8 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Longitud de arco: | L = Or (0 < 8 < 27t) • 9 debe estar en radianes, sino se tiene que hacer ia i conversión,,. Área dei sector circular (Asc): A _ RL Msc — 2 A - 2 B ÍMsc — 2 A - Üsc 20 <♦ TRAPECIO CIRCULAR Es una porción de corona circular limitada por dos ra dios. En la figura adjunta la región sombreada es un trapecio circular. Elementos: A Los arcos AB y CD cuyas longitudes son L, y L2; res pectivamente. Los radios mayor (R) y menor (r). Los segmentos AD y BC; cuyas longitudes son: R - r = h Área del trapecio circular (ATC) 6 (R2 “ r 2 2) a (Li + L2)h rVc 2 I 2 - I 2A _ L 1 2 ^ 20 i ...... ...................................... ~ N En la figura adjunta L, y L2 son los arcos del trapecio circular ABCD, h es la diferencia de sus radios, 0 rad es la medida del ángulo central. Se cumple: A _ 1-1 1-2 Casos prácticos Cuando una rueda (aro, disco, ...) gira o va rodan do sobre una superficie plana desde una posición. Entonces podemos afirmar lo siguiente: v / 09n - — 0 — n = 7 ^ -2 71 9 r 2 tc r n: número de vueltas que da la rueda al ir de A hasta B. 0 : número de radianes del ái ,gulo que gira la rueda. L: longitud que recorre la rueda (o que se despla za el centro de la rueda. Cuando la rueda (aro, disco, ...) gira o va rodando sobre una superficie curva, se presentan dos casos: Caso I: 0(R + r) 2k r 9 ( R - r ) 27t r n : número de vueltas que da la rueda al ir de A hasta B. 0 : número de radianes del ángulo que describe el “centro” de la rueda con respecto al centro de la superficie al ir de A hasta B. R : radio de la superficie curva, r : radio de la rueda (aro, disco, ...). Cuando se tienen ruedas (discos, engranajes, ...) unidos mediante una faja tangencial (como en las figuras 1 y 2) o están en contactos (figura 3). Figura (3) Entonces se cumple que: ‘-'1*1 — u2l2 *111 1 '2' 2 0 , y n,: número de radianes del ángulo de giro y número de vueltas de la rueda de radio r,. 02 y n2: número de radianes del ángulo de giro y número de vueltas de la rueda de radio r2. Cuando se tienen ruedas (discos, engranajes, ...) unidos por sus centros (como en las figuras 4 y 5). T r i g o n o m e t r í a ■ 1 9 Resolución: Observamos que cuando la esfera A baja una lon gitud x la esfera B sube una longitud y. En este caso se verifica que: Figura (4) Figura (5) n, — n? Aplicaciones: 1. En la figura adjunta calcular el número de vueltas que da la rueda al ir desde P hasta Q, sabiendo que su radio es un tercio del radio de la superficie sobre la cual se desplaza. (El ángulo 0 mide 90°). Resolución: Dato: r = |R ; Entonces: n = : 90° = | !(R + 3f 2n n = 1 Determinar cuánto mide el radio del engranaje A si cuando este gira 120° entonces B gira 2rt rad (0 ,0 2 = 80 cm) Resolución: Como los engranajes están en contacto: 0 Datos: 0, = 120° = -y- rad; 02 = 2k rad r, + r2 = 80 2n , 3 Entonces: -^r-r, = (2n)r2 => = r2 (1) £, 3 Reemplazando en (1): r, + -A = 80 : 60 cm En el sistema adjunto, cuánto medirá el ángulo (en radianes) que debemos girar para que los centros de las esferas A y B se encuentren a la misma altu ra si inicialmente dicha diferencia es de 14. Entonces: x + y = 14 ...(1) Los engranajes son concéntricos, entonces giran el mismo ángulo (0 ). Entonces: x = 50 e y = 20 Reemplazando en (1): 50 + 20 = 14 => 0 = 2 Por lo tanto, debemos girar 2 radianes. En el sistema de engranajes adjunto, el mayor gira a 600 r.p.m. ¿Cuántas vueltas da el engranaje me nor en una hora? Resolución: Los engranajes A y B están en contacto: n a Ta nArA = iW b => nB = -A-A B Los engranajes B y C están unidos por un eje: n a f*Anc = nB => nc = Los engranajes C y D están en contacto: nr rc 'a 'a \ _ 'A'C - r r nA - ( 1 ) En 1 hora: nA = 600(60) = 36 000 vueltas. (3 R)(2 R ) . En (1): nD = (R)(f) -(36 000) = 432 000 vueltas En un cierto ángulo se cumple que el número de segundos sexagesimales menos 3 veces el núme ro de minutos centesimales es igual a 29 400. Ha llar su número en radianes. Resolución: Transcribiendo el dato: 3600S - 3(100C) = 29 400 36S - 3C = 294 => 12S - C = 98 2 0 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s 12(180R) 200 R 71 20R = 98 (12(9) - 10) = 98 R= 20 rad 6 . Los ángulos ¡guales de un triángulo isósceles mi den: 5x9 y (4x + 5 )°. Hallar la medida del tercer ángulo en el sistema internacional. Resolución: Del dato: 5xg ■ (4x + 5 ) ° ( ^ ) => 45x = 40x + 50 => x= 10 Por lo tanto, ¡os ángulos iguales miden 45°; el ter cer ángulo medirá: 90° = i rad 1400 Reducir la siguiente expresión: 119 + 22a + 33a + ... + 7709 2 rad + 4 rad + 6 rad + ... + 140 radj n Resolución: Factorizando: T _ 119( 1 + 2 + 3 + .. .+ 70) -|-]9 ~ 2 rad (1 + 2 + 3 + ....+70) " 2 rad ̂^g/7i rad, 2009 117t T_ [ 117i 1400 2 rad 400 ” [ 400 J n Si se cumple que: 50°40'30" O a69 b0m c5s Hallar: a + b + c T= 11 Resolución: 50°40'30" = 50° 40° 60 30° 3600 1° _ 6000° + 8 0 °+ 1°- 50 + y + 12Q 12q = 56.30555...9 = 56930m55s < > a69 b0m c5s => a = 5 ;b = 3 ;c = 5 .-. a + b + c = 13 9. Siendo S, C y R la medida de un ángulo convertido y además se cumple: S = 3x + 6 ; C = 7x - 8 . Hallar el número de radianes. Resolución: Recordando: ^ ^ 3x + 6 7x - 8 => 63x - 72= 30x + 60 => 33x = 132 - De donde: S = 1 8 - R = W = T ^ rad 10. Calcular a + b, sabiendo que: /a 9am\9/'b9b " 'r a9hm. ci. 0 . h ( - = a b , si. a > b Resolución: Todo a minutos: : a9bm 11 . => 1019101m = a9bm = 10291m ^ a = 102 a b = 1 Piden: a + b = 103 Sabiendo que la diferencia entre el número de gra dos sexagesimales de un ángulo; menos el núme ro de grados centesimales de otro es igual a 104. Determinar el menor ángulo en radianes si ellos son suplementarios. Resolución: De los datos: C2 = 104 (1) ...(2 ) 19S, = 2736 S, Ci + C2 = 200 (1) + (2): S1 + C, = 304 S, + ^ = 304 S, = 144 =5 S2 = 36 S2 radianes: R2= § rad O 12. Se idean 2 nuevos sistemas de medidas angulares C; V. Sabiendo que la unidad de medida de C es la quinta parte de la unidad de medida en el sistema sexagesimal; y que 20 grados V es 10a. Hallar la relación entre C y V. Resolución: Dato: lC = T = fSf- 109 = 450 20v = 109 (1) = (2): 45c = 20' (1) (2) C_ 45 _V 20 § = V v c _ 2 25V 9 4 13. Calcular: S = 3x20x° + | ^ 7rrad + 80x9 ^ r a d + (509)x + 15x° y Resolución: Pasando a grados sexagesimales: 20x° + 108x° + 72x° 200x°S = 40x° + 45x° + 15x° 100x° T r i g o n o m e t r í a ■ 21 ■ ■ ■ni P R O B LE M A S RESUELTOS ■ ■ Q ' 1. Si x es la 30.a parte de 4° e y es la 36.a parte de 29. 3x + 4y Calcular: T = 5x - 4y Resolución: De los datos: x ■ i l 30 4» pg ■ _ 10 9 y 2a1 9' i l 36 6 r T = 141 30 10 9 V1CT 6 9 109 3(6) 14 2. Hallar el error en radianes si se escribe 36a en lugar de escribir 36°. Resolución: El error será: 36° - 36a = 36°(-^pr ) - 36a = 40a 36a : 4a ; 4g(7Lrad) = -T-rad 200a 50 3. Reducir: P = nC +J1 „ + 2 0 R ; siendo S, C y R lozUUR convenido. Resolución: Sabemos: C = 200K; S = 180K; R = itK D _ 200n K + 180n K + 20n K 400nK 200ti K P = 2200nK 4. Si: 40° = aa9 aam a is; determinar: a Resolución: Convirtiendo: 40° = 4 0 (^ - ) = ( - r p 40° = (44,4444)9 = 44a44m44s 5. Hallar x del gráfico mostrado: (20 + x)> a = 4 Resolución: Del gráfico: (20 + x)a - 18x° = 400a (20 + x)a - 20xa = 400a => 19x = - 380 .-. x= - 2 0 6. Se tienen 3 ángulos tal que la suma del primero con el segundo es 20°; del segundo con el tercero es 40a y del primero con el tercero es 5e/9 rad. Ha llar el mayor de dichos ángulos. Resolución: Datos: sea a, p y 0 los ángulos a + p = 20° ...(1) P + 0 = 409 = 36° ...(2) 5n rad = 100° ...(3) (1) + (2) + (3): 2(a + p + 9) = 156° a + p + 0 = = 78“ 6 = 78° - 20° = 58° p = 36° - 58° = -2 2 ° a = 1 0 0 ° - 58° = 42° 580Por lo tanto el mayor será: 58° = ( r ad 7. Sabiendo que S, C y R son el número de grados sexagesimales, centesimales y radianes de un án gulo. Hallar: T = 3̂ 6(</3 - Í2 )SCR 3 ^ = 3 (n = -Í3 + ■Í2)[180 J200 I s V c Resolución: En la condición: 3 . P - - U 200180k r 200k = 3 ^ k = 1 I Tik 3hU> 8 . SI => T = 3^6((3 - V 2 ) 180(200)71 .-. T = 3^63(10)3(/3 - i2)(V3 + i2 ) R + 7t _ C + S . 60 R — 7i C - S ' Hallar el ángulo en radianes. Resolución: Sabiendo que: R = 7ik; S = 180k; C = 200k k + 1En la condición: , , = 19 k - 1 k + 1 = 19k - 19 Siendo S, C y R lo convenido, determinar R; ade más: SCR = -r^r i bz Resolución: Del dato: R . 180R(200R)R 27(6) 9 (2) (10) (2) (10) (10) (27) (6) R3 36 x 10 (3) (6) W rad 10. En el gráfico mostrado, calcular el número total de vueltas que da la rueda cuando el bloque se baja completamente por enésima vez desde la posición P: 2 2 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Resolución: Notamos que si el bloque baja 40n la rueda recorre también 40n como la cuerda es rígida entonces, cuando el bloque sube 40n la rueda también reco rre 40n (retrocede), 40n 10 2jt(2n) Jt 40n _ 10 2n(2n) Jt 1 vez baja: N sube: N = 20Total de vueltas: — 2 .a vez baja: sube: N = N = 40n . 4itn 40n 4nn 10 jt 10 rt 20Total de vueltas: — 40n 4jtn Total de vueltas: — j t El n.° de vueltas totales es: Enésima vez baja: N = 10 10 j t Nt = 20 + 2 0 . 71 71 71 71 <n — 1) veces Nt = (n - 1 ) ^ + 1 ^ NT = (2n - 1 ) ^ Jt TI 7t 11. Calcular el área de un sector circular cuyo arco es 2 it m y de cuyos extremos se subtiende una cuerda de 6 m. Resolución: ...(1 ) Como: 2it = (2a)R ^ jt = a R = » i = R ...(2) Del A rOAB: sena = -^ => R = R sena (2) = (3) =>— = 3 => sena = — (3) a sena 2 => a = i j t 6 En ( 1 ) S = — = 6 ji m 2 _jt 6 12. SI el perímetro del trapecio circular es 2p. Hallar su área cuando sea máxima. .A Resolución: Dato: 2p = a + b + 2x => (a + b)= 2p - 2x ...(1 ) Cálculo del área: V = S = ( ^ ) x .,,(2) (1) en (2): S = ( ^ y ^ ) x Luego: S = ^ - - ( x - | j Para que el área sea máxima: ( x ■ S = ¿• • °m á x ^ = o 13. Dos ruedas de radios r y R (r < R) recorren espa cios, la primera el doble de la segunda. Hallar el radio de una tercera rueda, para que al recorrer un espacio Igual a la suma de las dos anteriores, dé un número de vueltas igual a la diferencia del número de vueltas que existe entre la primera y la segunda rueda. Resolución: 0 R / ' ' Nr = 2 L - 2L 2n r NR = 2nR 3L- Nx = 3L 2 jix Dato: Nx = Nr - NR ■ 3Rr 2itr 2ttR 35 " 2R - t2 jix 14. El cateto de un triángulo rectángulo es el radio de un círculo. Si ambas figuras tienen la misma área, calcular la tangente de la octava parte de la tan gente de uno de los ángulos agudos del triángulo. Resolución: I Rtan0 1 T r ig o n o m e t r ía ■ 2 3 R S, = S2=» 71R = íT-tanO =» tan0 = 2ti / ta n 0 \ = ta n (% ) l 8 1 \ 8 1 15. Si la diferencia de segundos centesimales y segun dos sexagesimales que mide un ángulo es 27 040, calcular la medida (en rad) de dicho ángulo. Resolución: Dato:[n.° seg . cent] - [n.° seg , sex.] = 27 040 10 000C - 3600S = 27 040 Sea el ángulo pedido: 0, donde: S = 9k; C = 10k; R= nk/20 Reemplazamos: 1000(1 Ok) - 360(9k)= 2704 10k(1000 - 324) = 2704 10k(676) = 2704 => k = 2/5 Por lo tanto, el ángulo será: 0 = ^ ( ^ ) = racl 16. Si S, C y R son la medida de un mismo ángulo en los sistemas sexagesimal, centesimal y radial, res pectivamente; hallar el valor de: 6A + B; si A = I3S + 5C l 23 i 4S 36 3840R ti(2S + 3C) Resolución: a Í3S + 5C , 23 A “ V 4S + 36 Sea: S = 9k; C = 10k A = / 27k + 50k , 23 J 36k 36 B A / 77k 23 V 36k 36 u A - A “ 6 3840R (2S + 3C) Sea: S = 180k; C = 200k; R = nk g _ i 38407ik _ Í3840k _ ^ r(360k + 600k) K 960k 6A + B = 12 17. ¿Cuántos grados sexagesimales mide un ángulo no nulo si los números que expresan su medida en grados sexagesimales (S) y centesimales (C) están definidos por: S = (2n2 + 3n + 1) y C = (3n2 + n - 2) Resolución: Conocemos que: S = 9 10 2n2 + 3n + 1 _ 3n2 + n - 2 ^ 9 10 20n2 + 30n + 10 = 27n2 + 9n - 18 n2 ~ 3n - 4 = 0 => (n - 4)(n + 1) = 0 Si: n = 4 => s = 45 (V ) Si: n = - 1 => s = 0 (x) Por lo tanto, la medida del ángulo es: 45° 18. Un ángulo trigonométrico 0 se puede representar como 9 = x9 = y°z', donde x, y, z pertenecen a TL* (y > z). Si los dos últimos números se diferencian en 3 y los números de grados centesimales y sexa gesimales se diferencian en 5. Determinar el ángu lo en radianes. R eso lución: 0 = xg = y°z'; x, y, z £ Z +; (y > z) Por condición: y - z = 3 a x - y = 5 - 0 = (y + 5)9 = y° + (y - 3) (y + 5)9< W ) = y0 + ( y _ 3 ) ’( ¿ ) > + 5)»= y» + ¿ ( y - S J - Despejando: y = 399 A x = 449 La medida del ángulo será: 0 = 44g( Jtrad) . e = J l £ rad 2009 50 19. El número de grados sexagesimales que tiene un ángulo es mñ y su número de grados centesimales es riO. Determinar la medida radial del ángulo. R eso luc ión : Sea el ángulo 0 Donde: 0 = mñ° = rñO9 =» m ñ ° ( ^ ^ ) = ñü9 y mñ 9 18 45 R0 10 20 50 Así: m = 4 a n= 5 .-. 0 = 45° O 7 rad 4 20. Si los números S, C y R representan la medida de un ángulo en los sistemas ya conocidos y que cumplen: xS = yC = zR = ji ...(1) _Lif 180x + ti \/ 200y + ti ) II °° |t j xyz l 200 A 180 ) V Z -t- 1 / Determinar la medida de dicho ángulo. Resolución: De: xS = yC = zR x = 7t/S; y = ji/C; z = tt/R Reemplazamos: 1 (180f + M(200Ü + 71) 2 7 1 1 , n3 \ 200 l\ 180 / 8 U J SCR ' R ' 2 4 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s /180 , A 1200 , , s c r * h r + 1M “ c r + 1 200 180 = R = kConocemos que: - _Q_ Reemplazamos: « M H I iM I íM - ? Luego la medida del ángulo será: 100C _ 1 n 200 2 Por lo tanto, la medida del ángulo es: 1009 21. La semicircunferencia ANB tiene como radio OA = 5, con centro en B se traza el sector circular MBN con radio BM = 6 . Calcular el área de la región comprendida por el segmento circular sombreado. N Del gráfico: V ' * S-OOEF — Sooqq — 14 I | 0 (4a )2 0 (3a )2 2 2 o<e> 2 a \ / 14 s i A M o B -t_2 /a}C R' / £ Resolución: Del gráfico: s, = s< O . 74 (5 )2/ K > 6 (4) . 0 _ 18571 2 v 180 / 2 x 36 12 22. Un sector circular de ángulo central 6 tiene un área igual a la de un triángulo rectángulo isósceles. SI sus perímetros son también ¡guales, calcular p = 0 + í Resolución: Datos: ^P seclo rQ P&sisósoeles 2R + 0R = 2a + a /2 R(2 + 0) = a(V2 + 2) ...(2) ®sectoro %.¡sósceles ^ ^ => 0R2 = a 2 De (1): R2 = 3 + f (2 + 0) Reemplazamos en (2): a JJ¿ + 2)_ = a2 ^ ( /2 + 2)20 = (2 + 0)2 (2 + 0) ' v ' => (2 + 4 /2 )6 = 02 + 4 .-. 0 + 1 = 4V2 + 2 0 23. Si AOB, COD, EOF y GOH son sectores circulares y OA = EG = 2AC = 2CE y además se sabe que el área de la reglón CEFD es 14. Determinar el área de la región EGFIF. Resolución: 0(4 |_ ) = 14 0a2 D F' 2a^H S<3ogh S<30F[ — S7 0(6 a )2 9 (4 a )2 100a2 = S„ Sx = 40 24. Dos ángulos centrales de una circunferencia cumplen:I. Son suplementarias. II. La diferencia de la longitud de los arcos que subtienden es 2 cm. III. La razón entre la medida de los ángulos es 4/n Hallar (en cm) la longitud del radio de la circunfe rencia. Resolución: Datos: • 40R - ti0R = 2 2R = 0 (4 - j t ) Pero: (40 + it0) = n (4 + n) Luego, reemplazamos 0 en R: 2 _ 2(4 + n) R = 25. De la figura: AOB, COD y EOF son sectores circu lares. Si el área de dichas regiones es 6A, 3A y A, respectivamente, hallar Si LAC = 2 T r i g o n o m e t r í a ■ 2 5 Resolución: Del gráfico: S = 20 También: 3S = s = — 30 Tenemos: 6S 2(2) en (1): 30 n 20 mi 20 ...(2 ) ...(3) 2_ (3 ( 2 ) e n , 3 | : 6 ( | ) . 9 5 : 2 (2 m n 2_ (3 2(2 m n 6 26. Si R, L, S son el radio, la longitud de arco y el área de un sector circular cuyo ángulo central mide xS 0L Resolución: LR R R Lrad. Hallar el valor de x en: ■+• + ■+- + -T 9 L 02 Como: L = 0R A S = • Reemplazamos: R R2 0 0R ' LR', 0R _ x l 2 e2 0 \ 0R l R R R xR 0 0 0 20 3R .-. x = 6 27. Hallar el área de la región sombreada Resolución: Notamos que: ni R̂ 2 \ 2 R /R 2 \ 2 c 7iR2 R2 R 2, S« = l ^ - T = Í 6 (7t- 2) .-. 2SX = B Í ( n - 2) 28. El siguiente gráfico muestra el sector circular AOB. 3 Calcular E = ^ s i T es punto de tangencia. 3 ? + So O Resolución S3 — S<)AoB S3 = f ( 3 r )2g ) = f ^ 2 • S, = Sd=> S, = Sustituimos (2) en (1): ■5^+ S, + S, = ^ r 2 =» ...(2 ) E = — ^ — S ? + So 4 nr2 2 nr2 4 S2 + S3 = - | r 2 . E = 2 29. Si: 1 C - - 1 90 s 35 C C Siendo S y C lo convencional para un mismo ángu lo, hallar la medida de éste ángulo en radianes. Resolución: 1 1 T1 90 CJ 1 C - - s - 35 C . S - 90 = C S - 35 S - 90 35 c 90 35 c C " “ b c 90 _ 35 o s _C “ C‘ “ S 2SC = 1 2 5 2S = 125 ■(1) 2 6 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Recordamos que para un mismo ángulo S, C y R se relacionan del siguiente modo: S = 9k, C = 10k, R = Reemplazando en (1): => 2(9k)(10k) = 125 36k2 = 25 => K = f Luego se pide: R = kn 20 5 \ 7i _ _n_ 6 /2 0 “ 24 Por lo tanto, la medida será: 2 2 rad 30. Se inventan tres nuevos sistemas de medición an gular O, M, I en el cual 27 grados O equivalen a un ángulo recto, 36 grados M equivalen a 60° y 63° grados I equivalen a ^ rad. Hallar una relación entre los nuevos sistemas. Resolución: Según el enunciado: 27 grados O = 2 rad (medida de un ángulo recto en Rad) 36 grados M = 60°= 2, rad 63 grados I = i rad 54 grados O = n Rad 108 grados M = n Rad 252 grados I = n Rad => 54 grados O = 108 grados M = 252 grados I 54 grados O 108 grados M 252 grados I ~ 9 - 9 " 9 6 grados O 12 grados M 28 grados I 12 12 " 12 1 grados O 1 grados M 7 grados I 2(7) - 1(7) “ 3(7) 1 grados O 1 grados M 1 grados I 14 “ 7 " 3 ■ 0 . - M - Í " 1 4 7 3 31 . En un triángulo ABC; se cumple: A + B = rad; O B + C = 80g, calcular: M 3B + 2A A - 2 C Resolución: Expresaremos los datos en un mismo sistema de medida: B + C4n 180 ). D J r* — oq9/_9 \A + B = :2 ira d , — . . 5 \ n rad / \ 109 / A + B + C = 180° (suma de ángulos internos del AABC) A + B = 144° ...(1) B + C = 72° ...(2) A + B + £ = 180° ...(3) 144° 36° => C = 36° Pero de (2): = 72° => B = 36° 36° 36° Pero de (1): jA^ + J¡_ = 144° =» A = 108‘ 108° 36° Luego reemplazando en lo pedido: 3 (36°)+ 2(108°) 32 4° (1 0 8 °)-2 (3 6 °) 36° .-. M = 9 32. Si 9a° + 10a9 = nb rad, calcular: M = (a + b)2(a -1 0 b )1'2 Resolución: => 9a° + 10a9 = itb rad Transformando en una misma medida (rad). 9a ’ (■w ) +10 ‘ 1 rad + | ^ rad = nb rad = nb ^ ra d \ 2009 / an 20 2an 20 = rtb rad a = 10b ...(1) Se pide: M = (a + b)2 (a - 10b)1'2, pero a = t— 10b M = (a + b)2 (10b — 10b)1/2 0 * M = (a + b)2(0) M = 0 33. Simplificar: Resolución: Recordamos: 1 Luego: "n"terminos a + 3a + 5a + ... + rra0 + n2a° a9 + 3a9 + 5a9 + ... + na9 + n2a9 "n” terminos -3 + 5 + 7 + ... = n2 "n" términos "n"terminos k = k = a (1 + 3 + 5 + 7 + ...) + na + n a a9(1 + 3 + 5 + 7 + ...) + na9 + n2a9 "n" términos a°n2 + na° + n2a° _ a°(n2 + n + n2 a°n2 + na9 + n2ag ag(n2 + n + n2) pero si cambiamos de unidades a a° 10a9 k = 10 9 10 34. Hallar el área de la región sombreada. 10b T r i g o n o m e t r í a ■ 2 7 1m d Resolución: ParaCD: 4 = 0(4) => 0 = 1 rad Calculando L, y L2: L, = £ (1 )= 1 1 rad L2 = 9, (3) = 3 1 rad Luego el área del trapecio circular ABFE: S = ü í - ^ 2 = 4 m2 S = 4 m2 35. Calcule la medida del ángulo expresado en ra dianes, sabiendo que S, C y R representan la medida de un ángulo en los sistemas sexa gesimal, centesimal y radial, respectivamente; además: V10CS + füR = 603,1416. Resolución: c Sabemos que: ~ z r ■■ 180 C 200 R = k2 S = 180k2 ...(1) C = 200k2 ,..(2) J- ...(a ) R = itk2 ...(3) De la condición: V10CS + VrtR = 603,1416 ...(0) Reemplazando la expresión (a) en (0): J l0 (20 0 )k2(180)k2 + J(n)nk2 = 603,1416 ^360 000(k2)2 + J(nkf = 603,1416 J (6 f(1 0 0 f(k 2f + J (nkf = 603,1416 600k2 + rtk = (600 + 3,1416) k(600k + n) = 1(600 + 7i) T r ........1- T Por comparación: k = 1 Pero: R = nk2 =» R = n(1)2 R = ti rad 36. El número de vueltas que da una rueda de radio ( 2 , respecto de su centro, es: 8 (-/6 - 2) Hallar la longitud de la trayectoria que genera su centro. ; 27inr Resolución: Lc . " = 2 ^ 1 Lc = 2 n (8 ) (V 6 -2 ) /2 Lc = ^ 6 n (I^ 2 -2 J 2 ) Lc = 167t(2^3 - 2f2)\ t i = / 3 - Lc = 32(-/3 + V2)(V3 - -Í2) 1 L. = 32 37. Al simplificar: E = + 22— 9 50m Se obtiene: ¡2 250s 81" Resolución: Sabemos que: S CS: n C: (a) x: (') y: f ) m: (” ) n: O 10 9° = 10a x 27 _y 50 => 27’ = 50m ..(1) m 81 n 250 81” = 250s Debemos simplificar: E ; 109 , 27'+ - 250s 9° ' 50m ' 81° Reemplazando los valores de (1) en (2) tenemos: 81"9° 50" 9° 50" E = E = 1 + 1 + 1 81" E = 3 38. Dos ruedas con centros fijos, se encuentran en contacto. Si la primera gira S rad teniendo radio 25. Hallar el diámetro de la segunda, si esta gira C rad. (S y C son los números de grados sexagesimales y centesimales de un ángulo). Resolución: Por propiedad: L, = L2 39. En un triángulo ABC se cumple que: A + B = 3 ^ rad; B + C = 135°. Dicho triángulo es: Resolución: Dato: A + B + C = 180° ...(I) A + B = ^ r a d ( - ^ l ) = 135° 4 \ 7t rad / Reemplazando en (I) 135° + C = 180° => C = 4 5 ° B + C = 135° Reemplazando en (I) 135° + A = 180° => A = 45°; B = 90° Por lo tanto, es un triángulo Isósceles rectángulo. 40. SI a, b, c y d son los valores de la medida de un mismo ángulo, expresados en minutos sexagesi males, minutos centesimales, segundos sexagesi males y segundos centesimales, respectivamente, 3 c "142entonces, al calcular T = se obtiene 5b d 250 Resolución: Luego: Diámetro de (L2) : 2r2 .-. 2r2 = 45 Por propiedad: L, 0,ri = 02r2 25S = Cr2 9n(25) = 10nr2 2 8 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Sabemos que: ^ ...(2) Reemplazamos la expresión (1) en (2): a b a 27 /«i 27 ~ 50 b _ 50 ' Sabemos que: ¿ ^ ..(4) Reemplazando la expresión (1) en (4) tenemos: _c_ _ d c _ 81 81 250 ^ d - 250 ■(5) P id e n :T = l ( f ) + c + 142 d 250 ..(6) Reemplazando las expresiones (3) y (5) en (6): 81 142 250 250 T = 1 T = 1 (2 7 ) . 5 50 41. El ángulo central que subtiende un arco de radio 18, mide C rad si se disminuye dicho ángulo hasta que mide S rad ¿Cuánto se debe aumentar el radio para que la longitud de dicho arco no varíe? (C: cent., S: sexag.) Resolución: Inicialmente: L = 18C Luego: 18+x L = S(18 + x) ...(2) lgualando:S(18 + x) = 18C a (9n)(18 + x) = 18(1 On) « 18 + x = 20 x = 2 42. Si: /5S + V5C = 40 Calcular: T = ( / 5 S - /3 C ) R Resolución: Reemplazando S = 180k y C = 200k en el dato: /900k + VTOOOk = 40 3 0 /k + 103/k = 40 cumple para : k = 1 Luego: S = 180, C = 200 y R = n Reemplazando en T T = (/900 - 7600 );t = (30 - 10 /6 )n T = 1 0 /3 ( /3- ■I2)k pero: n x (3 + (2 T = 1 0 /3 ( / 3 - / 2 ) ( / 3 + /2 ) ' (</32—722) Finalmente: T = 1 0 /3 (1 ) T = 10 /3 43. Calcular la medida de un ángulo en grados sexa gesimales, si la diferencia del número de segundos centesimales y 100 veces el número de minutos sexagesimales, es igual a 138 000. Resolución: Se desea hallar S° Sea: m: n.° de segundos centesimales n: n.° de minutos sexagesimales Dato: m -1 0 0 n = 138 000 ...(1) pero sabemos que: m = 10 000C y n = 60S En (1): 10 000 C - 100(60S) = 138 000 Simplificando: 10C - 6S = 138 Pero: S = 9n, C = 10n En (2): 10(10n) - 6(9n) = 138 Operando: n = 3 y como: S = 9n .-. S° = 27° (2) 44. En la figura mostrada, el triángulo equilátero ABC de lado igual a 3 cm, rueda sin resbalar hasta que el punto A vuelva a tocar el piso. Calcule, la longi tud recorrida por el punto A. B' A C B' A" La longitud recorrida por el punto A será: L = L ^ . + L^a>. ...(1) En el sector circular ACA’ ...(2)Lás = - y (3) = 2* En el sector circular A’B’A” 2 71 L*s> = 4?<3) = 2n ...(3) Reemplazando los resultados de (2) y (3) en (1) tenemos: L = 2n cm + 2ji cm L = 4n cm 45. Calcular la medida en grados centesimales de un ángulo que cumple lo siguiente: R2 = S(n - 200) + C(180 - n) + R(20 + n) Siendo S, C y R lo convencional Resolución: S _ CDe la relación: 180 200 T r ig o n o m e t r í a ■ 2 9 Se tiene: S = 180k,C = 200k,R = nk En la condición R2 = S(n - 200) + C(180 - n) + R(20 + ti) (itk)2 = 180k(jt - 200) + 200k(180 - ti) + iik (20 + ti) rc2k = I 8O71- 200(180) + 200(180) -200 ti + 20ti + ti2 it2k = 712 => k = 1 Por lo tanto, la medida del ángulo en centesimales es 2009. 46. Si: CR = 20 + SR Donde: S: es el número de grados sexagesimales. C: es el número de grados centesimales. R: es el número de radianes. Hallar la medida del ángulo. Resolución: De la condición: Recordando: S : CR - SR = 20 R(C - S) = 20 ...(1) 180R C = 20R 200R : 20Sustituyendo en (1): R =• R = ± fñ Por lo tanto, edida del ángulo es: -íñ rad 47. Un terreno tiene la forma de un sector circular cuyo perímetro mide 1000 m ¿Cuál debe ser la medida del radio para que el área del sector circular sea máxima? Resolución: Sea: mZAOB = 9 => L(Á B) = 0R A: Área del terreno Dato: Perímetro 1000 = R + R + 0R 1000 = R(2 + 6) n _ 1000 R - 2 ...(1) ...(2 )RSabemos que: A = Reemplazando la expresión de (1) en (2) tenemos: A = /1000 T í A = l f ! ( S ) - 2 ( f ) A = 500 R - R2 A = - (R2 - 500R), ahora completando cuadrados A = - ((R - 250)2 - (250)2) = (250)2 - (R - 250 )2 max o------Dato u R - 250 = 0 R = 250 m 48. Una malla de longitud L se utiliza para cercar un terreno que tiene la forma de un trapecio circular. Calcule el área máxima del terreno que se puede cercar con dicha malla. Resolución: A: Área del terreno a cercar Dato: L = a + b+ +2c => (a + b) = L - 2c ...(1) Sabemos que: A = ^ c A = ^ c (2) 2A = Le - 2c2 ^ 2c2 - Le + 2A = 0 - ( - L )± V(— L)2 - 4(2)(2A) 2 (2 )Cl,2 — C12 L ± VL2 — 16A L2 - 16A > 0 para que C, y C2 e IR L2> 16A L2A < 16 16A < L ■ A = —• • ^ m á x -| g 49. En el gráfico se tienen 2 poleas de radios 9 y 5. Calcular la medida del ángulo que debe girar la po lea menor, para que las bolitas A y B se encuentren a igual altura. Resolución: Sea 0 el ángulo que gira las poleas A y B. (deben girar igual ángulo). Para estar a igual altura, A debe descender y B debe subir. Luego: hA + hB = 44 ...(1) pero: hA = PP’ = 90 hB = QQ’ = 50 en(1): 90 + 50 = 44 = => aproximadamente: .-. 0 = ti rad » = ¥ = Tirad rad 50. Expresar en grados centesimales x = 2 (a - b + c) 3 0 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s Si: a = 21 °27’14” b = 11°42'37” c = 23" Resolución: a = 21° + 27’ + 14", b = 11° + 42 ’ + 37” => a - b = 10° - 15’ - 23” y como c = 23” x = 2 ( a - b + c) = 2 (10° - 15’) x = 20° - 30’ = 20° - 0,5° = 19,5“ a grados centesimales: x = 1 9 , 5 ° ^ j = = 21 ,69 51. Siendo “S” y “C” los números de grados sexagesi males y centesimales de un mismo ángulo que cumple: S~1 = CT1 + C~2 + CT3 + ... Calcular la medida de dicho ángulo en radianes. Resolución: ± = 1 + ^ - 4 S C e 2 1 Factorizando en el segundo miembro u l = l u + l +± + S C\ C c 2 S = (1 + é- c s S + 1 s = 9 1 s 10 9 S + 1 Por lo tanto, el ángulo es: rad 52. En el gráfico, el arco menor AB, es de igual longi tud que el arco mayor CD. Si el punto A pasa a la posición del punto B, ¿Cuántas vueltas da la otra rueda? C • A Por dato: arco mayor AB = arco menor CD =» 4a = 2(2it - a) 2a = 2 7 i - a => a = 2-^- rad Finalmente, el punto A debe llegar hasta B, arco mayor AB = un arco L en la rueda menor 40. = 20 2 ( 2 * - 2 § (siendo 0, el número de radianes del ángulo que gira la rueda menor) Luego: 9 = 8^- 2n 53. Se ha creado un nuevo sistema de medida angular UNI (U) en donde un grado U equivale a la 1000 ava parte del ángulo de una vuelta.¿A cuántos gra dos U equivale 0,00314 rad. (ti = 3,14)? Resolución: Nuevo Sistema UNI (U) Dato: un grado UNI = 1u. r = "T ü lr (1 vuelta = 2n rad) 27trad ti . 1 = 1 0 M = 50 0 md Transformando 0,00314 rad: Por factor de conversión 1U0,00314 rad -rad : 500 0,00314 rad = 0,5U 0,5° 54. Si m representa al número de minutos sexagesi males y n al número de segundos centesimales de un mismo ángulo calcular: E = 103̂ 4 0 ^ Resolución: m: n.° de minutos sexagesimales n: n.° de segundos centesimales Sabemos: m = 60S; n = 10 000C Reemplazando en: E = 103̂ 40™ (60S) E = 103J40 10000C Simplificando: E = 103 pero: S = 9k; c = ■ E = 103^¡ 2 ± ( 9k \ 1100 \ 10k / 24(S) 100(C) .-. E = 6 55. En un trapecio circular, sus arcos miden (2 a y /2 y, (a > y). 2 2 a — y Si su área es — calcular la medida del ángu lo central del sector circular al cual pertenece. Resolución: Área del trapecio: -V - ( f í ^ ) d 2 Ó ¿ . f ( » + y|d (a + y)(a - y) = (2 (a + y)d Resolución: T r i g o n o m e t r í a ■ 31 => a - y = 72 d Ángulo central _ /2 a - /2 y _ /2 (a - y) 0 = ^ (V 2 d ) d a = 2° 56. Calcular: T = c + s + • 2s 6s s Resolución: Como: S = 9n y c = 10n 1 t I l9 n " Í28n , l64nF Luego. T = V p¡ V p¡ V p¡ T = V i9 + /28 + 8 = / Í 9 T 6 .-. T = 5 57. Obtener el valor de x del ángulo trigonométrico mostrado. Resolución: Del gráfico, igualando la medida del ángulo y multi plicando por ( i p r j =» (9x+ 10)9 = (10x 81 x + 90 = 100x - 180 = 19x x = 90 180 19 58. Siendo ( x - rad, la medida de un ángulo cen tral en un sector circular de radio 4 m, cuya longitud del arco subtendido es x m, hallar la medida del ángulo central. Resolución: Recordando la relación para un sector circular. L = a r sustituyendo datos: x = =» x 1 0 / : 4x — X 5 3x = 2n => x = 2 71 2 TI 15 Luego: <x= ^ - t r =n10 n 30 59. Calcular el radio del cuadrante ACD, sabiendo que la esferita al soltarse del punto B, llega al punto C; además: AB = (n + 2) cm. Resolución: Del gráfico: AE = AB ^ r + r = ti + 2 r(rc + 2) = 71 + 2 2 .-. r = 2 60. ¿Para cuál valor del radio, se hace máximo el área de un sector circular de perímetro 2p? Resolución: Graficando el sector circular Se sabe que: s = ^ (I) u \ S Por condición 2p = 2r + L => L = 2 p - 2 r (II) Reemplazando (II) en (I): S = r(p - r) Para maximizar S, completamos cuadrados S = í - H ' SI S es máximo , . r - | 61. Del gráfico ABCD es un cuadrado; sea S el núme ro que representa el área de la reglón sombreada. Calcular: S + 42, siendo FE un arco con centro en D. Dato: EC = 3BE = 12 Dato: EC = 3BE = 12 B T 4 E 12 En É\DCE: DE = 20 Relacionando áreas: 0 _ 47 t(2 0 f , 16(2) 12(9) 4 5 - 2 ~ + ~ 2 S + 42 = 62. SI los ángulos de un triángulo se encuentran en progresión geométrica de razón 2; calcular la me 3 2 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s dida del menor ángulo en un sistema
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