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9funciones Trigonometricas
9funciones Trigonometricas
9funciones Trigonometricas
Funciones Trigonométricas
Problema
En el año 2000 se inauguró en Londres una noria gigante, conocida como el London
Eye.
Desde una determinada posición una persona la observa girar en el sentido horario a
velocidad angular constante. En ese momento un grupo de personas sube a una de
las cápsulas (el punto A del diagrama).
2. ¿A qué altura se encuentran, respecto del nivel del piso, cuando llegan a dicha
posición?
3. ¿Cuándo vuelven a estar por segunda vez a esa misma altura?¿Y por tercera
vez?
4. ¿Cuánto tiempo debe pasar para que se encuentren a 126, 96 metros de altura?
3O◦
B• •
A
Nivel del suelo
1
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Definición
Consideremos un ángulo cualquiera α y la circunferencia de radio 1 que tiene como
centro al vértice de α. La medida en radianes de este ángulo es la longitud del arco
que subtiende.
π rad
180 ◦
360◦ = 2 π rad ⇒ 1 rad = ≈ 57, 3◦
π
f (x) = f (x + T )
2
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Observación 1.1 Es inmediato que si f es una función periódica con perı́odo T , también
se verifica que es periódica con perı́odo kT con k ∈ Z, es decir todo múltiplo entero de un
perı́odo también es un perı́odo. De aquı́ en adelante consideraremos como el perı́odo de una
función al menor número positivo T que verifica la definición anterior.
Ejemplo 1.2 Las funciones seno y coseno son funciones periódicas con perı́odo T = 2π.
cos (x + π) = − cos x
se tiene que
sen (x + π) −sen x sen x
tg (x + π) = = = = tg x
cos (x + π) − cos x cos x
para toda x en el dominio de la función tangente.
La gráfica, conocida como sinusoide, puede extenderse a todo el eje positivo consideran-
do ángulos de más de un giro. Puede observarse que si hacemos esto, los valores del seno
van a repetirse con cada uno de estos giros. Por ello, esta función tiene un perı́odo igual a
2 π. Por otra parte, considerando negativos los ángulos medidos en el sentido de la agujas
del reloj, también podemos extender su dominio a los reales negativos.
3
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3π
2
− 3π −π − π2 π π 2π 5π
2 2 2 x
−1 f (x) =sen x
De esta forma, su dominio es R y su imagen el intervalo [−1, 1]. Toma el valor cero en todo
los múltiplos enteros de π. Es decir, su conjunto de ceros es
C0 = {k π/k ∈ Z}
3π
2
− 3π −π − π2 π π 2π 5π
2 2 2 x
−1 f (x) = cos x
Por lo tanto, la función coseno también está definida en todo R y su imagen es el [−1, 1],
Corta al eje de abscisas en todos los múltiplos impares de π/2:
π
C0 = {(2k + 1) /k ∈ Z}
2
Para obtener el gráfico de la función tangente, vamos primero a determinar cuál es su
segmento representativo. Tracemos la recta tangente a la circunferencia en el punto (1, 0):
4
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y Q = (x2 , y2 )
Los triángulos 4AOP y 4BOQ
son semejantes, por lo tanto las
1 razones entre lados homólogos es
P = (x1 , y1 ) la misma:
sen α AP QB sen α QB
= ⇒ =
OA OB cos α 1
O α A B
x tg α = QB = y2
−1 cos α 1
Luego, la tg α está dada por la
ordenada del punto de intersec-
ción entre el lado del ángulo que
−1 contiene a P y la recta tangente
a la circunferencia en el punto
B = (1, 0).
Seguiremos un procedimiento similar al que realizamos para determinar la gráfica del seno:
y
π
2π 2 π
3 3 1
5π
6
2π 5π 5π 11π
3 6 3 6
π π π π 7π 4π 2π
6 3 6 3 x
7π
6
f (x) =tg x
4π
3
3π
−1
2
C0 = {k π/k ∈ Z}
Las funciones trigonométricas son de gran importancia en las aplicaciones. Son fundamenta-
les para resolver problemas donde intervienen ondas electromagnéticas o sonoras, problemas
de vibraciones, resonancias, etc. Permiten modelar fenómenos cı́clicos o periódicos.
5
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donde a, b, c ∈ R y además a 6= 0 y b 6= 0.
Hemos visto que los valores que toma la función seno oscilan entre −1 y 1, su conjunto
imagen es Im(sen) = [−1, 1]. Si consideramos la función f (x) = a sen x, al multiplicar
todas las ordenadas por un valor a 6= 0, obtenemos todos los valores comprendidos entre
−a y a. Esto equivale a efectuar un cambio de escala en la gráfica de la función seno.
El siguiente diagrama muestra las gráficas de las funciones f (x) = 2sen x (en trazo
continuo) y g(x) = sen x (en lı́neas punteadas):
y
−4 −2 2 4 6 x
−1
Cuando la pulsación es un número natural, nos dice cuántas ondas hay en un intervalo de
longitud 2π. En el siguiente gráfico tenemos las funciones f (x) = sen (2x) (en trazo conti-
nuo) y g(x) = sen x (en lı́neas punteadas). Puede observarse que por cada onda completa
de la gráfica de g hay dos ondas de f :
6
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y
1
−4 −2 2 4 6 x
−1
y, sin pérdida de generalidad, supongamos que a > 0. Para graficarla podemos proceder de
la siguiente forma:
x
xi = − cb xme xf = x i + T
−a
7
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Ejemplo 1.4 Graficar la función f (x) = 2 sen 2x − π3 en el intervalo [−π, 3/2 π].
Solución
Sabemos que la onda oscila entre −2 y 2. Por otra parte,
π 7
xi = , T = π, y, por lo tanto, xf = π
6 6
xi + x f 1/6 π + 7/6 π 2
Además f vale 0 en x = = = π.
2 2 3
Consideramos también los puntos
y y
2 2
x x
π
6
2
3
π 7
6
π − π3 π
6
2
3
π 7
6
π 2π
−2 −2
Solución
Vamos a escribir la función en términos del seno en lugar del coseno. Para ello nuevamente
utilizaremos que cos(x) = sen(x + π/2):
π π π π
f (x) = −2 cos x − = −2 sen x − + = −2 sen x +
3 3 2 6
Podemos graficar una onda que oscila entre −2 y 2, su perı́odo T = 2 π, y que esté compren-
dida entre x1 = − π6 y xf = − π6 + 2 π = 11
6
π. El punto medio de estos valores es xme = 56 π.
Luego,
π 5 11
f − =f π =f π =0
6 6 6
Por último, en x = 31 π f toma el valor f (π/3) = −2, que es su mı́nimo valor.
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Con toda esta información, graficamos una onda y luego extendemos la gráfica al inter-
valo solicitado:
y y
2 2
x x
− π6 π
3
5
6
π 11
6
π −π − π6 π
3
5
6
π 11
6
π
−2 −2
entonces es biyectiva y, por lo tanto, admite función inversa. Su inversa es la función arco
seno,
1 1
arcsen : [−1, 1] → − π, π
2 2
Recordemos que la gráfica de una función y de su inversa son simétricas respecto de la
recta y = x. En la siguiente figura pueden ver su gráfica:
9
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π f −1 (x) =arcsen(x)
2
f (x) =sen(x)
−1 1 x
0
− π2
entonces es biyectiva y, por lo tanto, admite función inversa. Su inversa es la función arco
coseno,
arccos : [−1, 1] → [0 π, ]
y
f −1 (x) =arccos(x) π
−1 1 π x
0
f (x) =cos(x)
f (x) =tg(x)
y
π
2
−π/2 1 π/2 x
0
f −1 (x) =arctg(x)
− π2
Las rectas y = π/2 e y = −π/2 son ası́ntotas horizontales de la gráfica del arco tangente.
11
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Por otra parte, la gráfica de la función f (x) = sen(3x), es una onda que oscila entre
−1 y 1, y su perı́odo es T = 2/3 π. La recta y = 1/2 corta infinitas veces su gráfica. Las
abscisas de cada uno de estos puntos es una solución de la ecuación.
f (x) =sen(3x)
1
2
1
3
π
π 2
18 x1 3
π x
Para obtener x1 vamos a utilizar las simetrı́as de la gráfica de esta sinusoide: La distancia
π
de x1 a 13 pi es igual a la distancia de 18 al origen. Luego,
1 1 5
π − x1 = π ⇒ x1 = 18 π
3 18
A partir de estas dos soluciones, obtenemos las demás como consecuencia de la periodicidad
de la onda:
1
x = 18 π + 23 kπ, x = 18
5
π + 23 kπ con k ∈ Z
Hemos visto que los ceros de la función coseno ocurren en los múltiplos impares de π2 .
En el intervalo [0, 2π] se encuentran x1 = 12 π y x2 = 32 π.
1 1 5 3 2π x
4
π 2
π 4
π 2
π
f (x) =tg x
S = 12 π, 32 π, 14 π, 45 π
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1.7. EJERCICIOS
1. Completen la siguiente tabla:
√
3 1
−
2 2
√ √
2 2
2 2
√
1 3
− −
2 2
−1
√
3 1
2 2
0 −1
Rta. = ±1
b) tg(arctg3)
√
3
Rta.= − 2
en π2 ≤x≤ 3π
2
c) arcsen(arccos1)
π π
Rta. = 3en − 2
<x< 2
d ) cos arcsen − 12
√
Rta.= 2 en − π2 < x < π
2
e) sec(arctg(−1))
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S = {0, π}
j ) cos8 x − sen8 x = 0
π 3π 5π 7π
S= , , ,
4 4 4 4
5. La intensidad I de la corriente (en amperes) en un alambre de un circuito de corriente
alternada satisface: I = 30sen(100 π t) donde t es el tiempo medido en segundos.
a) ¿Cuál es el periodo?
1
Rta.: 50 seg
b) ¿Cuántos ciclos (periodos) hay en un segundo?
Rta.:50
c) ¿Cuál es la máxima intensidad en la corriente?
Rta.:30 amperes
6. Un objeto viaja por una vı́a circular, centrada en el origen, con una velocidad angular
constante. La coordenada y del objeto en función del tiempo ( t en segundos) está
dada por: π
y = 2 cos πt −
12
¿En qué tiempo t el objeto cruza el eje x ? ¿ Existe un solo t?
Rta.:t = 7
12
+ k, k ∈ Z0+
7. Un generador eléctrico produce una corriente alterna de 50Hz (Hertz) dada por.
7
i(t) = 30 sen 100π t −
36
Rta.:∼
= 0, 196seg
a) 4 + 4senx − cos2 x ≥ 0
b) sen2 x + 4 cos x − 4 ≤ 0
Rta.: k = 4
16
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11. Si consideran
1 + 2k 2
cos β = y sec β =
6k − 1 4k − 5
¿Cuál es el valor de k para que se verifiquen las igualdades anteriores sabiendo que
β pertenece al primer cuadrante?
3
Rta.: k = 2
cos π3 − γ √
= 3 cos γ
−tg(π − γ)
π
, 76 π
Rta.: 6
Determinen:
{x ∈ R/f (x) = 0} ∪ {x ∈ R/g(x) = 0}
Rta.: 1, π6 , 76 π
1 3
15. Sabiendo que x = e y = − son respectivamente las ecuaciones de la ası́ntota
2 2
vertical y de la ası́ntota horizontal al gráfico de
mx + 5
f : Df → If /f (x) =
nx − 1
y g : R → R/g(x) = senx, calculen (f −1 ◦ g) (π).
5
Rta.: 3
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Determinen:
3
a) las raı́ces reales de la ecuación g(x) + g(x)
−4=0
Rta.: x = 1, x = 0
b) La amplitud y el periodo de f .
Rta.: 3 y π
c) h−1 (0)
Rta.: 3
d ) (t ◦ f )(−π) (dar el valor exacto).
√
Rta.: − 32 3 + 27
4
√
18. Si se sabe que α + β < π2 , α > 0, β > 0, tg α = 2 y senβ = 13 , calculen el valor exacto
de:
sen(2α + β)
7
Rta.: 9
Determinen:
Rta.: 4, 16, π6 , π2 , 5π , 3π
6 2
18