material de trigo

1

INTRODUCCIÓN UNIDAD 1: TEOREMA DE EUCLIDES 1.1 NOCIONES GENERALES Consideremos una figura limitada en el plano F. Esta figura encierra una parte del plano.

F

DEFINICIÓN: La parte del plano que encierra F se conoce como la superficie de F. El área que encierra F es la medida de la superficie de F.

Para obtener el área de la superficie F se compara esta superficie con otra tomada como unidad, con el fin de saber cuantas veces está contenida esta superficie en F.

Área = 1 u2 1 unidad

1 unidad

Sea dada una figura F en el plano. Formamos el conjunto F(f)de todas las figuras planas que se obtienen por rotación, traslación (o combinación de ambas) de F. Diremos que los elementos de F(f) son congruentes (denotado (denotado ≅) a F.

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2

OBSERVACIONES: 1.- En particular, dos figuras congruentes limitadas, tienen igual área, igual perímetro e igual forma. 2.- Dos figuras pueden tener igual área, igual forma forma y no ser congruentes. Por ejemplo: un rectángulo que mide 8cm. de largo y 3cm. de ancho tiene igual área y forma con otro rectángulo que mide 6cm. de largo y 4cm. de ancho, pero no son congruentes ya que su perímetro no es el mismo.

Dos figuras son equivalentes ( denotado ≡) si tienen igual área.

Como muestra el ejemplo anterior dos figuras congruentes son siempre equivalentes pero no siempre dos figuras equivalentes son congruentes.

Dos figuras son equivalentes siempre que se compongan de partes congruentes.

Esta propiedad la podemos ejemplificar dividiendo el cuadrado ABCD en dos triángulos rectángulos por la diagonal AC (fig. (fig. 1.1). Si el triángulo ADC se traslada en dirección a la recta DC hasta que AD coincida con BC, el cuadrado ABCD se ha transformado en el romboide equivalente ABC`C. (fig. 1.2). Pero si colocamos el triángulo ADC al lado del triángulo ABC de modo que DC coincida con CB resulta el triángulo rectángulo isósceles AB`C (fig. 1.3) equivalente al cuadrado



























3

ABCD y al romboide ABC`C. En ambos casos las figuras equivalentes están compuestas de partes congruentes.

D

C

A A

B

(fig. 1.1)

C

A

C’

B

C

A

(fig. 1.2)

B’ (fig. 1.3)

Esto se puede verificar, en general, colocando las dos figuras en papel milimetrado, y recortando una en distintas partes, de tal forma de cubrir la otra.

En lo que rige al símbolo # significará “paralelogramo” y el símbolo #s significará “paralelogramos”

Para probar el resultado principal de este capitulo estableceremos algunos resultados previos.



























4

1.2 TEOREMAS SOBRE EQUIVALENCIAS DE PARALELOGRAMOS Y TRIÁNGULOS.

PROPOSICIÓN 1: Dos paralelogramos de igual base e igual altura, son equivalentes.

Hip.: #s ABCD y ABEF tienen igual base AB e igual altura altura h. Tesis : área (#ABCD) ≡ área (#ABEF) Dem. Si se sobreponen los los #s de modo que las bases iguales coincidan , se obtiene el trapecio ABED. Además ∆ CBE ≅ ∆ DAF pues BC = AD (lados opuestos de un #) AF = BE

(lados opuestos de un #)

α = β

(lados respectivos paralelos)

En particular; área (trap. ABED - ∆ CBE) = área ( trap. ABED - ∆ DAF); entonces área (#ABCD) = área (#ABEF) LUEGO # ABCD es equivalente # ABEF.

h

α

β



























5

TEOREMA 1. Un ∆ es equivalente a la mitad de un # que tenga igual base e igual altura

Hip

C

# ABDC y ∆ ABC tienen igual base AB e igual altura h

D

h A

(fig. 1.5)

B

Tesis: ½ área (# ABDC) = área ( ∆ ABC) Dem: Si trazamos una diagonal del # ABDC el # queda dividido en 2 ∆s que tienen igual base y altura que el # . Los dos ∆s son congruentes (criterio ALA) y por lo tanto equivalentes entre sí. Como área (#ABDC) = área(∆ ABC) + área(∆ CBD) Se tiene que área (#ABDC) = 2 área(∆ ABC), como deseábamos probar.

TEOREMA 2. Dos triángulos de igual base y altura son equivalentes

Hip:

C

AB= EF Base

D

G

H

CI =GK Altura Tesis: área ( ∆ ABC) ≡ área (∆ EFG) A

I

B

E

k

F



























6

Dem: completamos los # s ABDC (fig. 1.6) y EFHG (fig. 1.7) trasladando paralelamente los segmentos AB y EF hasta hacer coincidir el traslado de A con C y el traslado de E con G, respectivamente. De acuerdo a la Proposición 1 área ( # ABDC) ≡ área (# EFHG) ; por el Teorema 1 área (∆ ABC) ≡ ½ área (# ABDC) y área (∆ EFG) ≡ ½ área (# EFHG) . Luego área (∆ ABC) ≡ área (∆ EFG) por ser mitades de # s equivalentes.

Consideremos un paralelogramo ABCD (fig. 1.8) y sea DB la respectiva diagonal. Sea G un punto cualquiera de DB, EF y IH segmentos paralelos a CB y AB, respectivamente, respectivamente, que contienen a G, como indica la figura. De esta forma hemos formado cuatro paralelogramos que están incluidos en el #ABCD.

D

H

G

E

b

C

F

(fig. 1.8)

a A

I

B

DEFINICIÓN Los paralelogramos que se construyen de esta forma y que no son cortados por la diagonal se llaman complementarios. En la figura el #AIGE es complementario al #GFCH.





























7

TEOREMA 3. Dos paralelogramos complementarios son equivalentes. (Teorema de Gnomon)

Hip. a y b paralelogramos complementarios (fig. 1.8) Tesis: #a ≡ #b Dem. ∆ ABD ≅ ∆ CDB

∆ EGD ≅ ∆ HDG ∆ BIG ≅ ∆ GBF notar que área ( ∆ ABD) – área (∆ EGD U ∆ BIG) = área ( # a ) y que área (∆ CDB) – área (∆ HDG U ∆ GBF) = área ( # b) . Luego # a ≡ # b

TEOREMA 4. Un trapecio es equivalente a un paralelogramo que tiene la misma altura y cuya base tiene igual longitud que la mediana del trapecio.





























8

Dem. : podemos ver que ∆ FBN ≅ ∆ EDN, ya que , ∠ 1 = ∠ 2 (internos entre paralelas)

∠ 3 = ∠ 4 (opuestos por el vértice) DN = NB (N es punto medio de DB) Luego: área pentágono (AFNDC) + área triángulo (EDN) = área pentágono (AFNDC) + área triángulo (FBN) Así:

trapecio ABDC ≡ # AFEC C

D

E 2 3

M

(fig. 1.9)

N

4 1

A

F

B





























9

TEOREMA 5. Un trapecio es equivalente a un triángulo que tiene la misma altura y cuya base es la suma de las bases del trapecio.

Hip. : m(AF) = m(AB) + m(DC) Tesis: trap. ABCD ≡ ∆ AFD Dem. : Tenemos ∆ BFE ≅ ∆ CDE , ya que, ∠ 1 = ∠ 2 (alternos entre paralelas)

∠ 3 = ∠ 4 (opuestos por el vértice) DC = BF (hipótesis) Luego: área (∆ BFE) + área cuadrilátero( ABED) = área (∆ CDE) + área cuadrilátero (ABED) y así área (∆ AFD) = área trapecio(ABCD) como queríamos probar.

D

C 2 3

E 4 1

(fig. 1.10)





























10

TEOREMA 6. Si dos triángulos tienen dos lados de igual medida y los ángulos comprendidos entre ellos son suplementarios entonces los triángulos dados son equivalentes.

Hip.: AB = B`D CB = C`B`

∠ β + ∠ β` = 180º Tesis: ∆ ABC ≡ ∆ B`C`D Dem. Colocamos los triángulos de manera que coincida CB con C`B`. En esta situación AB y B`D quedan en línea recta puesto que ∠ β + ∠ β` = 180º . Por lo tanto ∆ ABC ≡ ∆ B`C`D ya que tienen igual base base y altura. C

C`

β

A

β`

B

B`

D





























11

EJERCICIOS RESUELTOS

1 ) Transformar un # en otro equivalente que tenga un ángulo dado α. D

D`

C

C`

h

# ABCD = # ABC`D` porque tienen igual base AB y altura h.

α A

Sean ABCD el paralelogramo y α el ángulo dado. En A se copia ∠ BAD` = α. Se hace: D`C`= DC. ABC`D` = paralelogramo pedido.

B

2) Transformar un paralelogramo oblicuo en un rectángulo equivalente. D`

D

C`

C

E

B

E’

α A

Sean ABCD el paralelogramo oblicuo dado. Se prolonga CD hasta CD’ de forma que ∠BAD’ = 90°. Se traza el segmento C’B con C’ ∈ DC y paralela a AD’. El rectángulo ABC’D’ es el rectángulo pedido.































12

3) Dado un paralelogramo ABCD, construir un paralelogramo complementario de forma que uno de sus lados tenga longitud d. Para su solución se aplica el teorema de los paralelogramos complementarios.

D

C

G

d

A

E

B H

I

F

d

Sea ABCD el paralelogramo dado. Se prolonga AB → B y DC → C. Se hace : BE = d. Se traza: FG // AD ( por E). B(↔)G y se prolonga la diagonal GB hasta su intersección H con DA prolongado. Se traza: HF // AE y se prolonga CB hasta I. Resulta que IFEB es complementario en HFGD a ABCD y además son equivalentes, de acuerdo al teorema 3.































13

5 ) Transformar un triángulo triángulo ABC en otro equivalente que tenga con el primero la base AB = c común y un lado sea igual a un trazo dado de longitud b’ cuyo vértice pertenece a la recta paralela a AB y que pasa por C.

L

C

Se traza L // AB, que pasa por C. Con radio b` y con centro A, se corta la recta L en C`. ∆ ABC` = ∆ ABC (misma base y altura).

C`

` A

B

6) Transformar un # ABCD, en otro que tenga un lado dado I y un ángulo dado m. 1º Se transforma el # ABCD en otro ABFE de ángulo m. (ejercicio 1).































14

7) Dado un trapecio ABCD, transformarlo: a) en un paralelogramo oblicuo equivalente; equivalente; b) en un rectángulo equivalente; c) en un triángulo equivalente.

D

a) Se aplica el teorema 4. se prolonga DC  C.

C

G

Por E, punto medio de CB, se traza FG // AD.

E

AFGD # pedido. A

H D

C

J

F

B

b) Por los puntos medios E y F de los lados no paralelos del trapecio, se trazan: HG ⊥ AB y DC.































15

1.3 CONCEPTO DE PROYECCIÓN Es necesario comprender el concepto de proyección, ya que posteriormente nos servirá para entender los teoremas de Euclides y Pitágoras. Sea dado un plano Π. Sea r ⊂ Π una recta y p ∈ Π un punto tal que p ∉ r. Por cada punto Q∈ r podemos formar la recta l(P,Q) ⊂ Π que es la recta determinada por P y Q. (ver figura 1.14)

DEFINICIÓN: La proyección de P en r es el punto Q ∈ r que tiene la propiedad de que l(P,Q) es perpendicular a r.































16

OBSERVACIÓN: 

Sean RT ⊂ Π un trazo que no intersecta a r. La proyección del trazo RT en r es el trazo { Π(P); P ∈ RT} = Π(RT) (ver figura 1.15)

T R r

Π (RT)

fig. (1.15)

































17



La proyección de un trazo paralelo al eje de proyección tiene igual medida que el trazo.

A

B AB = A`B`

M

A’

B’

N

(fig. 1.17)

































18


1) Dibuja una figura esquemática que represente una escala afirmada en una pared. Identifica y destaca sus proyecciones sobre la pared y sobre el suelo. ¿Puede ser alguna de sus proyecciones de mayor medida que la escala? La proyección de la escalera sobre la pared es el segmento limitado por A y B.

































19

EJERCICIOS PROPUESTOS

1) Piensa en una esfera suspendida a un metro del suelo. ¿A qué figura corresponde su proyección ortogonal sobre el suelo?

2) ¿Qué figura geométrica se obtiene al proyectar ortogonalmente un cubo sobre un plano

































20

1.4 TEOREMAS DE EUCLIDES Y PITAGORAS

TEOREMA 7. Sea ABC un triángulo rectángulo en B. Sea h la altura correspondiente al vértice B. Se cumple entonces que h divide al triángulo dado en dos triángulos semejantes entre si y cada uno de ellos semejante al triángulo original.

































21

TEOREMA 8. (Teorema de Euclides referente a la altura) La altura de un triángulo rectángulo es media proporcional geométrica entre las proyecciones de los catetos sobre la hipotenusa.

Hip.: ∆ ABC recto en B con catetos AB = c y BC = a hipotenusa AC = b y BH = altura = h AH = q y HC = p proyecciones de los catetos catetos sobre sobre AC



































22

TEOREMA 9. (Teorema de Euclides referente a los catetos) Cada cateto de un triángulo rectángulo es media proporcional geométrica entre su



































23

COROLARIO. (Teorema particular de Pitágoras) El cuadrado construido sobre la hipotenusa de un triángulo rectángulo, tiene la



































24 B

Dem.: a2 = h2 + p2 (Corolario) c2 = h2 + q2 ⇒ h2 = c2 - q2 (1)

c

a



































25




































26

4. ¿Por qué es rectángulo un triángulo cuyos lados son entre si como 3 : 4 : 5 ? R: Por el teorema de Pitágoras si el triángulo fuera rectángulo se debe cumplir



































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































62

2.4 REDUCCIÓN AL PRIMER CUADRANTE En general, la obtención de razones trigonométricas de un ángulo cualquiera no resulta fácil. Se debe recurrir al empleo de calculadora o a tablas trigonométricas. Pero en estas últimas solo aparecen los valores de las razones trigonométricas de ángulos hasta 90º. Es por esto, que se utiliza una serie de relaciones que nos permiten obtener las razones trigonométricas de cualquier ángulo a partir de las relaciones trigonométricas del primer cuadrante (entre 0 y 90 grados) que es lo que las tablas nos entregan.

RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS CUYA SUMA ES CERO O 360º Los ángulos que suman cero o 360º se expresan como:

α y (-α)

o

α y 360º - α

En la circunferencia goniométrica de la figura 2.18 tenemos que las coordenadas cartesianas de los puntos P(x,y) P(x, y) y P1(x`,y`) satisfacen las relaciones x = x` , - y = y`. y`.

Sea α la medida del ángulo QOP. El ángulo QOP1 , recorrido en el sentido horario, tiene entonces una medida - α.

Por otro lado el ángulo que forma el eje X con el segmento OP 1 , medido en el sentido antihorario, tiene medida 360º - α. Como ambas formas de medir el ángulo identifican al



























63

sen (360º - α) = sen (-α)

Y

cos (360º - α) = cos (-α)

P

tg (360º - α) = tg (-α) X

sec (360º - α) = sec (-α)

O (360º - α)

cosec (360º - α) = cosec (-α) cotg (360º - α) = cotg (-α)

α -α

Q

P1 (fig. 2.18)

Por otro lado sen (-α) = P1Q / 1 = - y = - sen (α) cos (-α) = OQ / 1 = x = cos(α) y entonces tg (-α) = - tg (α) sec (-α) = sec (α) cosec (-α) = - cosec (α) cotg (-α) = - cotg (α)

Ejemplo: Calcular las razones trigonométricas de un ángulo de 330º. Sen 330º = sen (360º - 30º) = - sen 30º = - ½

; cosec 330º = 1/sen 330º = - 2

Cos 330º = cos (360º - 30º) = cos (30º) = √3/2 ; sec 330º = 1/cos 330º = 2 √3 / 2 Tg 330º = tg (360º - 30º) = - tg 30º = - √3/3

; cotg 330º = 1/tg330º = - √3



























64

RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS QUE DIFIEREN EN 180º En la circunferencia goniométrica de la figura 2.19 tenemos que las coordenadas cartesianas de los puntos P(x,y) y P1(x`,y`) satisfacen las relaciones x`= -x , y`= -y.

Sea α la medida del ángulo QOP. El ángulo formado por el eje X y el segmento OP 1, medida en el sentido antihorario , tiene medida 180º + α.

Por otro lado, sea α` el ángulo Q1OP1. Es claro que α` tiene medida α ya que es opuesto por el vértice al ángulo QOP.

El ángulo extendido QOQ1 tiene medida –180º en el sentido horario y, entonces, el ángulo QOP1 mide α - 180º en el sentido horario.

Como ambas formas de medir el ángulo identifican al mismo punto del circulo goniométrico concluimos que sen (180º + α) = sen (-180º + α) cos (180º + α) = cos (-180º + α).

y que



























65

Como en el circulo goniométrico cos (180º + α) = x`= -x y sen (180º + α) = y`= -y Y

concluimos que: sen (180º + α) = - sen (α)

P

cos (180º + α) = - cos (α) Q1 y entonces:

α+180 α’ O

α

Q

X

P1

tg (180º + α) = tg (α)

(fig. 2.19)

cosec (180º + α) = - cosec (α) sec (180º + α) = - sec (α) cotg (180º + α) = cotg (α)

Ejemplo: Encuentra las razones trigonométricas de un ángulo de 225º. sen 225º = sen (180º + 45º) = - sen 45º = - √2 / 2

; cosec 225º = 1 / sen 225º = - √2

cos 225º = cos (180º + 45º) = - cos 45º = - √2 / 2

; sec 225º = 1 / cos 225º = - √2

tg 225º = tg (180º + 45º) = tg 45º = 1

; cotg 225º = 1 / tg 225º = 1



























66

RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS SUPLEMENTARIOS En la circunferencia goniométrica de la figura 2.20 tenemos que las coordenadas cartesianas de los puntos P(x,y) y P1(x`,y`) satisfacen las relaciones x`= -x , y = y`.

Sea α el ángulo QOP y α` el ángulo Q1OP1 los cuales tienen la misma medida.

El ángulo formado por el eje X y el segmento OP1, en el sentido antihorario, tiene medida 180º - α. El mismo ángulo medido en el sentido horario tiene medida - (180º + α).

Como ambas formas de medir el ángulo identifican el mismo punto del circulo goniométrico concluimos que sen (180º - α) = sen (-(180º + α)) y que cos (180º - α) = cos (-(180º + α)).

Como en el circulo goniométrico sen (180º - α) = y`= y

y cos (180º - α) = x`= - x

concluimos que:

sen (180º - α) = sen (α)

Y P1

cos (180º - α) = - cos (α)

180º - α

α` Q1

P

α O

Q

X





























67

y entonces

tg (180º - α) = - tg (α) cosec (180º - α) = cosec (α) sec (180º - α) = - sec (α) cotg (180º - α) = - cotg (α)

Ejemplo: Calcular las razones trigonométricas de 150º. Sabemos que el suplemento suplemento de 150º es 30º, por lo cual: sen 150º = sen 30º = ½

; cosec 150º = 1 / sen 150º = 2

cos 150º = - cos = 30º = - √3 / 2

; sec 150º = 1 / cos 150º = - 2√3 / 3

tg 150º = - tg 30º = - √3 / 3

; cotg 150º = 1 / tg 150º = - √3

RAZONES TRIGONOMÉTRICAS DE ÁNGULOS QUE DIFIEREN EN 90º En la circunferencia goniométrica de la figura 2.21 tenemos que las coordenadas





























68

Sea α la medida del ángulo QOP y del ángulo Q 1P1O . El ángulo formado por el eje X y el segmento OP1, medida en el sentido antihorario , tiene medida 90º + α.

Luego: sen (90º + α) = y`= x = cos (α)

Y

cos (90º + α) = x` = -y = - sen (α)

P1

y entonces

α

tg (90º + α) = - cotg (α) Q1

cosec (90º + α) = sec (α) sec (90º + α) = - cosec (α)

P

90º+α

O

α

Q

X

(fig. 2.21)

cotg (90º + α) = - tan (α)

Ejemplo: De un ángulo de 150º, calcular sus razones trigonométricas. sen 150º = sen (90º + 60º) = cos 60º = ½

;

cosec 150º = 1 / sen 150º = 2





























69

2.5 FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS FUNCIÓN y = sen x La siguiente tabla nos muestra que a cada medida angular, x, le corresponde un único valor real de sen (x). Para las medidas angulares entre 0 y 2π, o múltiplos de estas, la razón seno toma valores entre -1 y 1. Así tenemos que y = sen x es una función.

En 0º 30º 45º grados En 0 π π radianes 6 4 Seno del 0 1 2 ángulo 2 2

Medida angular 60º 90º 120º 135º 150º 180º 210º 225º π 3

π 2

2π 3

3π 4

3 2

1

3 2

2 2

5π 6 1 2

Gráfica de la función seno y

0,8

0,6

0,4

0

7π 6 −1 2

240º 270º 27 0º 300º

5π 4 − 2 2

4π 3 −

3 2

3π 2

-1

315º

5π 3 −

3 2

7π 4 −

2 2

330º 360º 11π 6 1 − 2

2π

0





























70

Del análisis de estos gráficos podemos deducir las siguientes características para la función y = sen x : -

Dom (función seno) = R ; Rec (función seno) = [-1, 1]

-

Sen (0 ± k π) = 0 ; ∀ k ∈ N0

-

Es una función impar 1, pues sen(-x) = -sen (x), por lo tanto, es simétrica respecto del origen.

-

Es periódica, de periodo t = 2π, ya que sen (x ± 2k π) = sen x ; x ∈ R

-

3π π π Es creciente, en intervalos como  − 2π,−  ;  − , ,... 2   2 2 

-

3π π π 3π Es decreciente, en intervalos como  − ,−  ;  , ,...  2 2 2 2 

-

Es continua en R.

 No es inyectiva : ∃ x1 ≠ x 2 tal que sen x1 = senx 2 No es biyectiva   No es sobreyectiva sobre R : Rec (función seno) = [- 1,1] ≠ R . Por tanto, no tiene función inversa si consideramos su dominio como R. -

Es una función acotada, pues − 1 ≤ senx ≤ 1, para todo valor de x.

 máximo y = 1, para x = π ± 2k π; ∀ k ∈ N 0  2





























71

FUNCIÓN y = cos x Hemos comprobado que para medidas angulares entre 0 y 2 π, o sus múltiplos, la razón coseno toma valores entre -1 y 1, que corresponden al coseno de estos ángulos, como se resume en la tabla siguiente, la cual nos muestra que a cada medida angular, x, le corresponde un único valor real de cos(x). Así tenemos que y = cos x es una función.

En grados En radian es Coseno del ángulo

0º

30 º

45º

60º

90º 120º

0

π 6

π 4

π 3

π 2

1

3 2

2 2

1 2

0

135º

2π 3

−

3π 4

1 2

−

Gráfica de la función coseno y

0,8

0,6

2 2

Medida angular 150º 180º 210º 225º 240º 5π 6 −

3 2

π

-1

7π 6 −

3 2

270º

300º

315º

330º

360º

5π 4

4π 3

3π 2

5π 3

7π 4

11π 6

2π

− 2 2

−

1 2

0

1 2

2 2

3 2

1































72

Del análisis de este gráfico podemos deducir las siguientes características para la función y = cos x:

-

Dominio (función coseno) = R; Recorrido (función coseno) = [-1, 1].

-

 π  cos ± k π  = 0; ∀ k ∈ N 0  2 

-

Es una función par 2, pues cos x = cos(-x), por lo tanto, es simétrica respecto al eje Y.

-

Es periódica, de periodo t = 2π, ya que cos x = cos( x ± 2k π); k ∈ N 0

-

Es creciente, en intervalos como ]− π,0[ , ]π, 2π[,...

-

Es decreciente, en intervalos como ]− 2π,− π[ , ]0, π[,...































73

FUNCIÓN y = tg x La razón tangente, está definida para todas las medidas angulares, x, excepto aquellas medidas angulares para las que el coseno sea igual a cero, tales como −

3π π π 3π ,− , , , ..., 2 2 2 2

algunas de las cuales se destacan en la siguiente tabla.

En 0º grados En 0 radianes Tangente 0 del ángulo

30º

45º 60º

π 6

π 4

π 3

3 3

1

3

90º

120º

135º

π 2

2π 3

3π 4

No − 3 def.

Gráfica de la función tangente

-1

Medida angular 150º 180º 210º 225º 5π 6 −

3 3

240º

270º

300º

315º

330º

360º

11π 6

2π

3 3

0

π

7π 6

5π 4

4π 3

3π 2

5π 3

7π 4

0

3 3

1

3

No def.

− 3

-1

−































74

-

π Dominio (función tangente) = R −  ± k π; k ∈ N 0 ; 2  Recorrido (función tangente) = R

-

Es una función impar pues tg (-x) = - tg(x), ∀ x ∈ Dom (función tangente). Por lo tanto es simétrica respecto del origen.

-

Es periódica, de período t = π, ya que tg x = tg (x ± k π); k ∈ N0.

-

Es creciente para toda medida angular de su dominio.

-

Es continua en Dominio (función tangente).

No es inyectiva : ∃ x 1 ≠ x 2 tal que tg x 1 = tg x 2  No es biyectiva  Es sobreyectiva sobre R : Recorrido (función t angente) = R. Por lo tanto, no tiene función inversa cuando consideramos su dominio como R. - No es una función acotada, ya que puede tomar cualquier valor real.































75

2.6 IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS Una igualdad entre números es una expresión que se refiere a cantidades iguales. Por ejemplo: 6 = 4 + 2 ;

7= 9 – 2.

Una identidad entre funciones trigonométricas es una igualdad que se verifica para todos los valores posibles del ángulo.

Ejemplo: la igualdad

2sen x · cos x · tg x = 2sen2 x

constituye una identidad

trigonométrica, ya que se cumple para toda medida angular que se le asigne al ángulo x, y en el cual las expresiones tienen sentido.

El siguiente cuadro muestra las identidades trigonométricas básicas y pitagóricas vistas en el punto 2.3 de esta unidad.































76

Ejemplo: 1) Demostremos la siguiente identidad: cos x + cot g ( x ) = cot g ( x)·cos x tgx + sec x Para demostrar una identidad, podemos elegir cualquiera de sus dos miembros y, a partir de él, operando convenientemente, concluir que es idéntico al otro. En este caso elegimos el miembro izquierdo de la igualdad y operamos para desarrollarlo y simplificarlo. Así:

cos x +

cos x + cot g( x) = senx tgx + sec x

cos x senx·cos x + cos x cos x (senx + 1) cos 2 x (senx + 1) senx = senx senx = = = 1 senx + 1 senx + 1 senx(senx + 1)

































77

2) Demostrar que sen2 A · cotg2 A + cos2 A · tg2 A = 1 Aquí será conveniente expresar todas las razones trigonométricas en función del seno y coseno. sen2 A · cotg2 A + cos2 A · tg2 A = 1 cos 2 A sen 2 A 2 + cos A ⋅ 2 = 1 sen A ⋅ sen 2 A cos A 2

































78



Seno de la suma de dos ángulos

sen (α + β) = senα cosβ + senβ cosα

Demostración: En una circunferencia goniométrica (fig. 2.22) consideremos los ángulos α, β y (α+ β), tal que 0º ≤ α + β ≤ 90º

































79

Y

C α

1

90°-α

D

α 90°- α 90°-α

E

































80



Seno de la diferencia de dos ángulos

sen (α - β) = senα cosβ - senβ cosα

Demostración: Si en la identidad

sen (α + β) = sen α cosβ + senβ cosα sustituimos β por (-β),

































81



Tangente de la suma de dos ángulos tg(α + β) =

tgα + tgβ 1 − tgα · tgβ

Demostración: sen (α + β)

senα cos β + senβ cos α

1 cos α cos β



































82

IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS PARA EL DOBLE DE UN ÁNGULO 

Seno del doble de un ángulo



































83



Tangente del doble de un ángulo tg2α =

2tgα 1 tg 2 α



































84

IDENTIDADES TRIGONOMETRICAS PARA EL VALOR MEDIO DE UN ÁNGULO 

Seno del valor medio de un ángulo



































85



Coseno del valor medio de un ángulo cos

α 2

=±

1 + cos α 2



































86

EJERCICIOS PROPUESTOS



































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































122

29) Desde un punto A a nivel del suelo, suelo, los ángulos de elevación de la punta D y de la base B de un mástil situado en la cumbre de una colina son 47º54`y 39º45`. Encuentra la altura de la colina si la altura del mástil es de 34,65 metros.

D 34,65 B 47°54'

A

39°45'

C

Solución: Sea C el punto en que la línea del mástil encuentra a la horizontal que pasa por A en C. En el triángulo rectángulo ACD AC = DC · cotg 47º54` = (34,65 + BC) · 0,9036 En el triángulo rectángulo ACB AC = BC · cotg 39º45` = BC · 1,2024

Igualando, se tiene : (34,65 + BC) · 0,9036 = BC · 1,2024 31,30 + 0,9036 BC = 1,2024 BC 31,30 = 1,2024 BC – 0,9036 BC 31,30 = 0,2988 BC 104,75 = BC

R: La altura de la colina es de 104,75 metros.



























123

30) ¿Cuál es el perímetro de un triángulo isósceles cuya base mide 40 cm y cuyos ángulos de base miden 70º? R: 157 cm.

31) Un hombre maneja 500 m a lo largo de un camino inclinado 20º con respecto a la horizontal. ¿ A qué altura se encuentra con respecto al punto de partida? R: 170 m.

32) Un árbol quebrado por el viento forma un ángulo recto con el suelo. Si la parte quebrada forma un ángulo de 50º con el piso y la copa del árbol se eleva ahora a 6 metros desde la base, ¿qué altura tenia el árbol? R: 16,5 metros.

33) Dos caminos rectos se cortan formando un ángulo entre ellos de 75º. Encuentre la distancia más corta desde un camino hasta una estación de gasolina situada en el otro camino a 1000 metros del punto de intersección. R: 3730 m.

34) Dos edificios con techo plano se encuentran a una distancia de 60 metros. Desde el techo del edificio más bajo, de 40 metros de altura, el ángulo de elevación hasta el borde del techo del edificio más alto es de 40º. ¿Cuál es la altura del edificio más alto?



























124

35) Una escalera cuya base está de un lado de la calle, forma un ángulo de 30º con el piso cuando su parte superior descansa contra un edificio, y forma un ángulo de 40º con el piso cuando descansa contra un edificio al otro lado de la calle. Si la escalera mide 15 metros de largo. ¿Cuál es el ancho de la calle? R: 24,6 m.

36) Determinar el ángulo del centro que subtiende una cuerda de 3 cm, si el radio de la circunferencia es 4 cm. R: 44,04°

37) El piloto de un avión de reconocimiento, que vuela sobre sobre el mar a una altura de 2500 metros, divisa dos embarcaciones que se encuentran en un mismo plano vertical con el avión con ángulos de depresión de 62°24’ y 37°18’, respectivamente. Calcular la distancia a que se encuentra una embarcación de la otra. R: 1304,47 m.

38) Calcular el largo que debe tener una escalera para que, al apoyarla en un muro, puedas alcanzar una altura de 3,5 metros, considerando que la escalera debe formar un ángulo de 52° con el plano basal. R: 4,44 m.



























125

39) los extremos de una barra de equilibrio de 6 metros metros de largo se sustentan sobre la la parte superior de dos pilares que miden 1,5 y 1,7 metros de alto. Calcular la pendiente de la barra. R: 1° 54’ 36,8’’

40) Un obelisco está ubicado en medio de una avenida. Desde dos puntos distintos A y B de ella, a ambos lados del monumento y en línea recta con este, se observa su cúspide con ángulos de elevación de 60° y 25°, respectivamente. Si la distancia entre los puntos A y B es de 600 metros, ¿cuánto mide la altura del Obelisco? R: 220,44 m.



























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BIBLIOGRAFÍA R. Becerra, A. Martínez, F. Jorquera: “Introducción a la Geometría Euclideana”, USACH, (1980). Omer Cano: “Geometría”, Editorial La Salle, (1944). S.M.S.G., “Matemática para la escuela secundaria Geometría II parte”, Grupo de estudio de la matemática escolar, (1963). Edwin Moise, Floyd Downs Jr., “Serie Matemática Moderna Geometría IV”, Fondo Educativo Interamericano S.A. y Editorial Norma, (1972). L. Galdós, “Geometría y Trigonometría”, Editorial Cultural S.A., Madrid, (1993). C. Repetto, M. Linskens, H. Fesquet, “Matemática Moderna Geometría “, Editorial Kapelusz, Buenos Aires, (1968). J. R. Vizmanos, M. Anzola, “Matemática “Matemática Algoritmo 3”, Ediciones Ediciones SM, Madrid, (1990). J. Velásquez, G. Sepúlveda, P. Solabarrieta, “Matemática III”, Editorial Santillana, (2001). S. Blanco, R. De Las Heras, G. Fuenzalida, J. Riveros, “Matemática III Plan Común”, Editorial Santillana, (1994). S. Blanco, R. De Las Heras, G. Fuenzalida, J. Riveros, “Matemática III y IV Plan Electivo”, Editorial Santillana, (1995). Matemática, Programa de Estudio Tercer Año Medio, Ministerio de Educación, Chile, (2000). G. Bobadilla, R. Labarca, “Apuntes de Calculo”, USACH, (2002). F. Ayres, Serie de Compendios Schaum. Teoria y problemas. “Trigonometría. Plana y Esféricas”, Editorial McGraw-Hill, México. “Enciclopedia Didáctica de Matemáticas”, Editorial Océano, (2002). “Diccionario de biografía” , Ediciones Nauta, (1997).

material de trigo

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