Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
MATEMÁTICAS BÁSICAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE MEDELLÍN ECUACIONES TRIGONOMÉTRICAS Ecuaciones Trigonométricas Una ecuación trigonométrica es una ecuación en términos de expresiones trigonométricas, para la cual las variables o incógnitas representan números reales, que son la medida en radianes de ángulos. Una identidad es una ecuación trigonométrica que tiene como solución todos los valores de la variable para los cuales están definidas las expresiones trigonométricas involucradas. Resolver una ecuación trigonométrica es hallar el ángulo, o los ángulos que satisfacen la ecuación, es decir, los ángulos que convierten la ecuación en una proposición verdadera. Para resolver una ecuación trigonométrica usamos las opera- ciones algebraicas y las identidades trigonométricas para es- cribir, en términos de una función trigonométrica, y a un lado del signo igual, todas las expresiones trigonométricas, y luego encontramos los ángulos que satisfacen la ecuación. Ejemplo Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica: csc2 x− 4 = 0. Solución (cscx+ 2) (cscx− 2) = 0 ⇒ cscx+ 2 = 0 ó cscx− 2 = 0 ⇒ cscx = −2 ó cscx = 2 ⇒ 1 senx = −2 ó 1 senx = 2 ⇒ senx = −1 2 ó senx = 1 2 . Hallemos las soluciones en el intervalo [0, 2π], es decir, los ángulos en dicho intervalo que satisfacen estas ecuaciones: • senx = −1 2 si x = 7π 6 ó x = 11π 6 • senx = 1 2 si x = π 6 ó x = 5π 6 . Luego, x = π 6 , x = 5π 6 , x = 7π 6 y x = 11π 6 son las soluciones de la ecuación en el intervalo [0, 2π]. Como la función seno es periódica, de peŕıodo 2π, todas las soluciones en R se obtienen sumando los múltiplos enteros de 2π a las soluciones halladas en el intervalo [0, 2π]. Aśı, x = π 6 + 2kπ, x = 5π 6 + 2kπ, x = 7π 6 + 2kπ y x = 11π 6 + 2kπ, k ∈ Z son las soluciones de la ecuación inicial. Ejemplo Resuelva la siguiente ecuación 2 cos2 x+ senx = 1. Solución Expresemos la ecuación sólo en términos de senx: 2 ( 1− sen 2x ) + senx = 1 2− 2 sen 2x+ senx = 1 2 sen 2x− senx− 1 = 0. Esta última ecuación la podemos resolver usando la fórmula cuadrática: senx = 1± √ 1 + 8 4 senx = 1± 3 4 senx = 4 4 = 1 ó senx = −2 4 = −1 2 . senx = 1 si x = π 2 y senx = −1 2 si x = 7π 6 ó x = 11π 6 . Con base en la periodicidad de la función seno, las soluciones en R de la ecuación son: x = π 2 + 2kπ , x = 7π 6 + 2kπ y x = 11π 6 + 2kπ, k ∈ Z. Ejemplo Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica: 2 sen 3x− 1 = 0. Solución sen 3x = 1 2 3x = π 6 + 2kπ ó 3x = 5π 6 + 2kπ, k ∈ Z. 1 Luego, todas las soluciones en R de la ecuación son de la forma: x = π 18 + 2kπ 3 y x = 5π 18 + 2kπ 3 , k ∈ Z. Ejemplo Halle los valores de x que satisfacen la siguiente ecuación: cosx+ 1 = senx. Solución Para poder expresar una de las dos funciones trigonométricas en términos de la otra, necesitamos generar potencias cuadradas. Para esto, elevamos al cuadrado ambos lados de la ecuación: (cosx+ 1) 2 = sen 2x cos2 x+ 2 cosx+ 1 = sen 2x cos2 x+ 2 cosx+ 1 = 1− cos2 x 2 cos2 x+ 2 cosx = 0 2 cosx (cosx+ 1) = 0 2 cosx = 0 ó cosx+ 1 = 0 cosx = 0 ó cosx = −1. Por lo tanto x = π 2 + 2kπ , x = 3π 2 + 2kπ , x = π + 2kπ, k ∈ Z. Ahora, como en el procedimiento para resolver la ecuación elevamos al cuadrado, debemos determinar cuáles de estos valores de x realmente satisfacen la ecuación original. • Si x = π 2 , cos π 2 + 1 = 0 + 1 = 1 y sen π 2 = 1. Por lo tanto x = π 2 + 2kπ, k ∈ Z es solución de la ecuación original. • Si x = 3π 2 , cos 3π 2 + 1 = 0 + 1 = 1 y sen 3π 2 = −1. Por lo tanto x = 3π 2 + 2kπ, k ∈ Z no es solución de la ecuación original. • Si x = π, cosπ + 1 = −1 + 1 = 0 y senπ = 0. Por lo tanto x = π + 2kπ, k ∈ Z es solución de la ecuación original. Luego, las soluciones de la ecuación original son x = π 2 + 2kπ y x = π + 2kπ, k ∈ Z. Ejemplo Resuelva la siguiente ecuación trigonométrica: cos 5x− cos 7x = 0. Solución Notemos que 5x = 6x− x y 7x = 6x+ x. Entonces cos (6x− x)− cos (6x+ x) = 0 cos 6x cosx+ sen 6x senx− cos 6x cosx+ sen 6x senx = 0 2 sen 6x senx = 0. ⇒ sen 6x = 0 ó senx = 0 ⇒ 6x = kπ ó x = kπ, k ∈ Z. Entonces, x = kπ 6 y x = kπ, k ∈ Z son las soluciones de la ecuación original. Ejemplo Encuentre todas las soluciones de la siguiente ecuación trigonométrica en el intervalo [0, 2π): tan4 x− 13 tan2 x+ 36 = 0. Solución En primer lugar, factorizamos completamente la ecuación:( tan2 x− 9 ) ( tan2 x− 4 ) = 0 (tanx+ 3) (tanx− 3) (tanx+ 2) (tanx− 2) = 0. Por lo tanto, tanx = −3 ó tanx = 3 ó tanx = −2 ó tanx = 2. Ahora, con una calculadora en modo radianes, al aplicar la función o tecla tan−1 obtenemos valores de x en el intervalo( −π2 , π 2 ) : • tanx = −3 si x = −1.249. Sin embargo −1.249 /∈ [0, 2π), entonces, como la función tangente es periódica, con peŕıodo π, sumamos π: −1.249 + π = 1.8926 ∈ [0, 2π). Si sumamos nuevamente π 1.8926 + π = 5.0342 ∈ [0, 2π). • tanx = 3 si x = 1.249 ∈ [0, 2π). Sumando π 1.249 + π = 4.391 ∈ [0, 2π). • tanx = −2 si x = −1.1071. Sin embargo −1.1071 /∈ [0, 2π), entonces, como la función tangente es periódica, con peŕıodo π, sumamos π: −1.1071 + π = 2.0345 ∈ [0, 2π). Sumando nuevamente π 2.0345 + π = 5.1761 ∈ [0, 2π). • tanx = 2 : x = 1.1071 ∈ [0, 2π). Sumando π 1.1071 + π = 4.2487 ∈ [0, 2π). De esta forma, las únicas 8 soluciones de la ecuación trigonométrica en el intervalo [0, 2π) son: x = 1.8926, x = 5.0342, x = 1.249, x = 4.391, x = 2.0345, x = 5.1761, x = 1.1071 y x = 4.2487. 2
Compartir