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Cálculo aplicado resumen del tema: funciones trigonométricas

Herramientas: Evaluador y Graficador de Funciones | Graficador Excel

Tópicos: La función seno | La función coseno | Identidades trigonométricas fundamentales | Las otras funciones trigonométricas | Derivadas de funciones trigonométricas | Integrales indefinidas de funciones trigonométricas

La función seno

Definición geométrica
El seno de un número real t es la coordenada y (altura) del punto P en el siguiente diagrama, donde |t| es el largo del arco que se indica.


sin t = coordenada y del punto P

Definición "rueda bicicleta"
Si una rueda cuyo radio es 1 roda hacia delante a una velocidad de 1 unidad por segundo, sin t el la altura de un marcador fijo en su neumático después de t segundas, si se empieza a medio camino entre la parte superior y la parte inferior de la rueda.


   

Gráfica de la función seno


y = sin x

Función seno general
La función seno "generalizado" tiene la siguiente forma:


y = A sin[ω(x - α)] + C
  • A es la amplitud (la altura de cada máximo arriba de la línea base).
  • C es el desplazamiento vertical (la altura le la línea base).
  • P es el periodo o longitud de onda (el longitud de casa ciclo).
  • ω es la frecuencia angular, y se expresa por
            ω= 2π/P o P = 2π/ω.
  • α es el desplazamiento de faso.

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Ejemplos

Considere la siguiente gráfica, que muestra una curva de seno "general" (desplazada y escalada):

Pregunta ¿Que es la ecuación de la gráfica?
Contesta Consultando la función seno generalizado a la izquierda, vemos que la ecuación de esta curva es:

    y = A sin[ω(x-α)] + C,
donde
  • La línea base (el punto medio de oscilación) se ubica 2 unidades abajo del eje x
  • A = amplitud (la altura de cada máximo arriba de la línea base) = 2
  • C = desplazamiento vertical = coordenada y de la línea base = -2
  • P = periodo (el longitud de casa ciclo, o distancia de un máximo al siguiente) = 4
  • ω = frecuencia angular = 2π/P = 2π/4 = π/2
  • α = desplazamiento de faso = 1 Esta es la distancia horizontal del eje y al primero punto donde la gráfica cruza la línea base.
Entonces, la ecuación de la curva más arriba es
    y = 2 sin[π/2 (x - 1)] - 2

Para comprobar que sirve esta ecuación, pruebela en la evaluador y graficador de funciones o en la graficador Excel (si tienes Excel en su computadora).

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La función coseno

Definición geométrica
El coseno de un número real t es la coordenada x del punto P en el siguiente diagrama, donde |t| es el largo del arco que se indica.


cos t = coordenada x del punto P
sin t = coordenada y del punto P

Gráfica de la función coseno


y = cos x

Función coseno general
La función coseno "generalizado" tiene la siguiente forma:


y = A cos[ω(x - α)] + C
  • A es la amplitud (la altura de cada máximo arriba de la línea base).
  • C es el desplazamiento vertical (la altura le la línea base).
  • P es el periodo o longitud de onda (el longitud de casa ciclo).
  • ω es la frecuencia angular, y se expresa por
            ω= 2π/P o P = 2π/ω.
  • α es el desplazamiento de faso.

Ejemplos

Considere la siguiente gráfica, que muestra la misma curva de seno "general" (desplazada y escalada) que más arriba:

Pregunta ¿Esta vez, que es su ecuación, esta vez escrita como una función coseno general?
Contesta Consultando la función coseno generalizado a la izquierda, vemos que la ecuación de esta curva es:

    y = A cos[ω(x-α)] + C,
donde
  • La línea base (el punto medio de oscilación) se ubica 2 unidades abajo del eje x
  • A = amplitud (la altura de cada máximo arriba de la línea base) = 2
  • C = desplazamiento vertical = coordenada y de la línea base = -2
  • P = periodo (el longitud de casa ciclo, o distancia de un máximo al siguiente) = 4
  • ω = frecuencia angular = 2π/P = 2π/4 = π/2
  • α = desplazamiento de faso = 2 Es distinto para coseno: la distancia horizontal del eje y al primero máximo.
Entonces, la ecuación de la curva más arriba es:
    y = 2 cos[π/2 (x - 2)] - 2

Para comprobar que sirve esta ecuación, pruebela en la evaluador y graficador de funciones o en la graficador Excel (si tienes Excel en su computadora). .

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Identidades trigonométricas fundamentales: Relaciones entre seno y coseno

El seno y coseno de un número t se relacionan con

    sin2t + cos2t = 1
Podemos obtener la curva coseno desplazando la curva seno hacia la izquierda una distancia igual a π/2. A la inversa, podemos obtener la curva seno desplazando la curva coseno π/2 hacia la derecha. Estos hechos se puede expresar como sigue
    cos t = sin(t + π/2)
    sin t = cos(t - π/2)

Formulación alternativa

Podemos también obtener la curva coseno por primero invertiendo la curva seno de manera vertical (reemplace t por -t) y después desplazando hacia la derecha una distancia igual a π/2. Esto nos da dos formulas alternativas (que son mas fáciles de recordar):

    cos t = sin(π/2 - t)     El coseno es el seno del complemento.
    sin t = cos(π/2 - t) El seno es el coseno del complemento.

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Ejemplos

Por la identidad a la izquierda obtenemos

sin2x = 1 + cos2x
1 - cos2x
cos2x - 1

Por la identidad penúltima a la izquierda obtenemos:

cos π/3 = sin π/2
sin π/3
sin π/6

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The Other Trigonometric Functions

The ratios and reciprocals of sine and cosine are given their own names:

    Tangent
    tan x =
    sin x

    cos x
    Cotangent:
    cot x = cot x =
    cos x

    sin x
    =
    1

    tan x
    Secant:
    sec x =
    1

    cos x
    Cosecant:
    csc x = csc x =
    1

    sin x

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Derivadas de funciones trigonométricas

La siguiente tabla resume las derivadas de las seis funciones trigonométricas, y también sus homólogos que se surgen de la regla de la cadena (es decir, el seno, coseno, etc. de una función).

Regla original Regla generalizada
(Regla de la cadena)
d

dx
sin x = cos x
d

dx
sin u = cos u
du

dx
d

dx
cos x = - sin x
d

dx
cos u = - sin u
du

dx
d

dx
tan x = sec2 x
d

dx
tan u = sec2u
du

dx
d

dx
cot x = - csc2x
d

dx
cot u = - csc2u
du

dx
d

dx
sec x = sec x tan x
d

dx
sec u = sec u tan u
du

dx
d

dx
csc x
=- csc x cot x
d

dx
csc u
=- csc u cot u
du

dx

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Ejemplo

1.
d

dx
x sin x =
1.sin x + x cos x   Regla del producto
=
sin x + x cos x
2.
d

dx
cos(2x2+1) =
sin(2x2+1)
d

dx
(2x2+1)
=
sin(2x2+1).4x = 4x sin(2x2+1)
3.
d

dx
sec(x3) =
sec(x3) tan(x3)
d

dx
(x3)
=
sec(x3) tan(x3) . 3x2
=
3x2 sec(x3) tan(x3)
5.
d

dx
x cos(x2) =

Use formato correcto para graficadora/computadora
     

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Indefinite Integrals of Trigonometric Functions
    sin x dx = -cos x + C
    Porque
    d

    dx
    -cos x = sin x
    cos x dx = sin x + C
    Porque
    d

    dx
    sin x = cos x
    tan x dx = -ln |cos x| + C
    Porque
    d

    dx
    -ln |cos x| = tan x
    cot x dx = ln |sin x| + C
    sec x dx = ln |sec x + tan x| + C
    csc x dx = -ln |csc x + cot x| + C
    sec2x dx = tan x + C
    Porque
    d

    dx
    tan x = sec2x

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Ultima actualización: julio 2007
Derechos de autor © 2007 Stefan Waner

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