Dos figuras son semejantes si una puede obtenerse de la otra
cambiando su tamaño de manera uniforme, además de trasladarla, girarla o
reflejarla. Sus ángulos correspondientes son iguales y sus longitudes
correspondientes guardan una misma razón positiva. Antes de calcular,
identifica qué vértices y lados se corresponden: no siempre ocupan la
misma posición en el dibujo.
Si pasamos de una figura original a otra semejante, fijamos
.
Para
ampliamos; para
reducimos. Al invertir el sentido de la comparación, la razón es
.
Longitudes, superficies y
cuerpos
Cada longitud, incluido el perímetro, se multiplica por
.
Un área se multiplica por
y un volumen por
,
siempre que las figuras o cuerpos sean semejantes. Un rectángulo que
solo aumenta su anchura no conserva la semejanza.
Compara siempre longitudes en las mismas unidades. Si el área se
multiplica por
,
la razón de longitudes es
;
no es
.
5.2 Teorema de Tales
Paralelas y segmentos
Si varias rectas paralelas cortan a dos secantes, los segmentos
correspondientes que determinan son proporcionales. Es esencial comparar
segmentos del mismo tipo: tramo con tramo o distancia total con
distancia total.
En el dibujo,
.
También
.
No mezcles
con
:
un denominador es total y el otro es un tramo.
Dividir y medir sin acceder
Para dividir un segmento
en cinco partes iguales, dibuja desde
una semirrecta auxiliar, marca cinco pasos iguales, une la quinta marca
con
y traza por las otras marcas paralelas a esa unión. Tales garantiza
partes iguales en
.
Para dividirlo en razón
,
usa la segunda marca de cinco. Las sombras permiten medir alturas si los
rayos solares son paralelos, el suelo es horizontal y las mediciones se
realizan al mismo tiempo.
5.3 Semejanza de triángulos
Criterios
Basta comprobar una de estas condiciones: AA, dos ángulos iguales;
LLL, tres pares de lados proporcionales; LAL, dos pares de lados
proporcionales y el ángulo comprendido igual. Dos lados proporcionales y
un ángulo no comprendido no garantizan semejanza.
El triángulo rectángulo y
su altura
En un triángulo rectángulo, la altura desde el ángulo recto hasta la
hipotenusa lo divide en dos triángulos semejantes al original. Si
es la hipotenusa,
los catetos,
la proyección de
y
la de
,
entonces:
Son los teoremas del cateto y de la altura. Sumando las dos igualdades
de los catetos resulta
:
recuperamos Pitágoras. Por el área también
.
5.4 Medida de ángulos
Grados y radianes
Una vuelta tiene
.
Un radián es el ángulo central que abarca un arco de longitud igual al
radio. Una vuelta tiene
rad y media vuelta,
rad:
Orientación y vueltas
Medimos desde el lado inicial hasta el final: sentido antihorario
positivo, horario negativo. Ángulos que difieren en
o
,
con
entero, tienen el mismo lado final, aunque su medida y el número de
vueltas no sean iguales.
Lectura de unidades
El símbolo de grado no se escribe después de un valor expresado en
radianes. En grados sexagesimales,
y
;
por ejemplo
.
No confundir
con
.
5.5 Razones trigonométricas de un ángulo agudo
Definiciones y semejanza
Respecto de un ángulo agudo
en un triángulo rectángulo, la hipotenusa se opone al ángulo recto, el
cateto opuesto queda enfrente de
y el contiguo forma parte de sus lados.
Los triángulos rectángulos con el mismo ángulo agudo son semejantes
por AA. Por eso los cocientes no dependen del tamaño. En el dibujo
,
y
.
Valores exactos
Al dividir un equilátero de lado
por su altura aparecen catetos
e hipotenusa
:
se deducen
y
.
Un triángulo rectángulo isósceles con catetos
da hipotenusa
y el ángulo
.
Ángulo
Seno
Coseno
Tangente
Complementarios
Los dos ángulos agudos suman
.
Al cambiar de ángulo, los catetos intercambian sus papeles:
y
.
Para ángulos agudos, sus tangentes son recíprocas.
5.6 Resolución de triángulos rectángulos
Elegir una relación
Resolver consiste en hallar los lados y ángulos desconocidos. Dibuja
y marca datos, identifica el ángulo recto, nombra los lados respecto del
ángulo utilizado y escoge una relación que contenga la incógnita y datos
conocidos. Con dos lados, usa Pitágoras y una razón inversa; con un lado
y un ángulo agudo, usa seno, coseno o tangente. El otro ángulo es
.
Elevación, depresión y
pendiente
La elevación se mide hacia arriba desde la horizontal del observador;
la depresión, hacia abajo desde esa horizontal. No se miden desde la
vertical. Una pendiente del
significa
;
por tanto
.
Dos puntos de observación
Si se avanza
metros hacia una torre y los ángulos de elevación son
y
,
para observaciones a nivel del suelo:
.
Despeja
,
distancia del punto cercano al pie. Si los ojos están a una altura
,
las igualdades calculan
.
Conserva cifras durante los cálculos y redondea al final. Verifica
que la hipotenusa es el mayor lado y que las longitudes y los ángulos
tienen sentido.
5.7 Razones trigonométricas de un ángulo cualquiera
Circunferencia goniométrica
En la circunferencia de centro
y radio
,
el punto final de
es
.
Si
,
.
El seno y el coseno están entre
y
.
La tangente no existe en
.
Signos y ejes
Cuadrante
Seno
Coseno
Tangente
I
II
III
IV
En los ejes lee las coordenadas: para
grados, los puntos son
.
No asignes un signo de cuadrante a un valor cero.
Reducción al primer
cuadrante
Reduce primero a
.
Para un ángulo fuera de los ejes, su referencia aguda es
,
,
o
,
según esté en I, II, III o IV. Usa las magnitudes de esa referencia y el
signo del cuadrante.
5.8 Identidades trigonométricas
Relaciones fundamentales
Por Pitágoras en la circunferencia unidad,
.
Además
si
.
Dividiendo la primera por
se obtiene
,
con la misma restricción. Una identidad es verdadera en todo su dominio
común. Comprobarla para un ángulo aislado no la demuestra; encontrar un
contraejemplo sí refuta una igualdad que se pretende universal.
Calcular razones y elegir el
signo
Simplificar y justificar
Para justificar una identidad, transforma un miembro mediante
igualdades válidas hasta llegar al otro. Antes de dividir, declara qué
expresiones no pueden ser cero. No se incluyen fórmulas de suma,
diferencia o ángulo doble en esta unidad.
significa
;
no es
.
Tampoco
es una identidad.
5.9 Resolución de triángulos cualesquiera
Notación y elección del
teorema
Los lados
se oponen a los ángulos
,
respectivamente, con
.
Un triángulo no degenerado tiene lados positivos y cada lado menor que
la suma de los otros dos.
Teorema del seno
Se obtiene al expresar una misma altura de dos formas:
.
Es útil con dos ángulos y un lado; calcula antes el tercer ángulo.
Teorema del coseno
Las otras dos expresiones se obtienen cambiando las letras. Se deduce
proyectando un lado sobre otro y aplicando Pitágoras; para
se reduce a este teorema. Úsalo con dos lados y su ángulo comprendido o
con tres lados. Para hallar
:
.
Dos lados y un ángulo no
comprendido
Con
,
calcula
.
Si
,
no existe triángulo. Si
,
comprueba
y su suplementario
:
solo son válidos los que cumplen
.
Si coinciden, se cuenta una sola solución.
Área y comprobaciones
Usa siempre el ángulo comprendido entre los lados elegidos. Comprueba
suma de ángulos, desigualdad triangular y correspondencia: al mayor
ángulo se opone el mayor lado. Si redondeas demasiado pronto puedes
perder esta coherencia.
5.11 Problemas integrados y síntesis
Un esquema de decisión
Lee qué se pide y dibuja un esquema con unidades y
datos.
Si hay paralelas o ángulos iguales, busca Tales o
semejanza.
En un triángulo rectángulo, elige Pitágoras o razones
trigonométricas según los datos.
En un triángulo cualquiera, distingue ángulos y lados opuestos y
elige seno o coseno.
Comprueba existencia, posibles soluciones alternativas, unidades
y orden de magnitud.
Investigar y comunicar
En parejas, elaborad una cronología breve con tres hitos de la
trigonometría. Verificad fechas, personas y aportaciones en fuentes
identificables; evitad atribuir una invención colectiva a una sola
persona. Cada integrante explicará la utilidad de uno de los hitos y su
conexión con una medida actual. No se pide memorizar una lista de
fechas. Como tarea manipulativa, construid un medidor de ángulos con
transportador, hilo y peso; medid una altura accesible con distancia
horizontal conocida. No apuntéis al Sol. Comparad dos mediciones,
estimad posibles errores y justificad las condiciones del modelo.
Errores que conviene
detectar
No confundir
con
;
no mezclar lados no correspondientes; no sumar
como si fuera
;
no elegir un ángulo suplementario sin comprobar el triángulo; no usar
una longitud inclinada como distancia horizontal.
Uso de la calculadora
CASIO fx-991SP CW y fx-570SP
X II
Antes de introducir razones, fija la unidad angular. En la CW, abre
CONFIG y selecciona el ajuste de cálculo de Unidad angular: Grado sexag
para grados o Radián para radianes. En la X II se accede a la
configuración con SHIFT y MENU (CONFIG); elige Unidad angular y grados o
radianes. Comprueba el indicador de la pantalla y prueba
en grados o
en radianes.
Cálculo directo e inverso
En Calcular de la CW o Calcular de la X II, introduce por ejemplo
,
con paréntesis si hay operaciones compuestas. Para hallar el ángulo de
seno
,
usa Arcsen en el catálogo de funciones trigonométricas de la CW o SHIFT
y seno en la X II. En grados obtendrás
;
escribe
si se piden centésimas. La notación
del teclado significa función inversa, no
.
La inversa del seno devuelve el valor principal; el estudio del
triángulo decide si hay un suplementario admisible. La calculadora no
sustituye la comprobación de los datos.
Explora con GeoGebra
Construye un triángulo y una homotecia de razón positiva variable
.
Registra razones de lados y áreas para
y explica el patrón. Para la circunferencia, dibuja centro
y radio
,
un punto móvil
y las proyecciones sobre los ejes: contrasta sus coordenadas con coseno
y seno del ángulo orientado. Comprueba la unidad angular que muestra el
programa.
Registro de trabajo
Conserva los datos introducidos, una tabla de resultados y una
explicación individual. Una imagen de pantalla sola no justifica un
resultado ni demuestra una identidad.
Dos triángulos semejantes tienen lados correspondientes de
y
cm. Halla la razón del primero al segundo y la inversa.
U05-02
Una figura tiene perímetro
cm y área
cm.
Se amplía con
.
Calcula las nuevas medidas.
U05-03
Dos cuerpos semejantes tienen razón de volúmenes
.
Halla la razón de longitudes y la de áreas en el mismo sentido.
U05-04
En un mapa
,
un camino mide
cm. ¿Cuál es su longitud real?
U05-05
¿Son semejantes los rectángulos de
cm y
cm?
5.2 Teorema de Tales
U05-06
En el esquema del capítulo,
,
y
cm. Halla
.
U05-07
En un triángulo
,
,
y
.
Si
y
cm, halla
.
U05-08
Divide un segmento de
cm en dos partes en razón
.
Explica la construcción de Tales.
U05-09
Una vara vertical de
m proyecta
m de sombra y un árbol proyecta
m. Halla la altura del árbol bajo las condiciones de Tales.
5.3 Semejanza de triángulos
U05-10
Dos triángulos tienen ángulos de
y
.
¿Basta para afirmar que son semejantes?
U05-11
Compara triángulos de lados
y
cm.
U05-12
Las proyecciones sobre la hipotenusa son
y
cm. Halla hipotenusa, altura y catetos.
U05-13
Un cateto mide
cm y su proyección sobre la hipotenusa
cm. Halla hipotenusa y el otro cateto.
5.4 Medida de ángulos
U05-14
Convierte
a radianes y
rad a grados.
U05-15
Da un ángulo entre
y
,
sin incluir el último, equivalente a
.
U05-16
Expresa
en grados y minutos.
U05-17
¿Tienen
y
la misma medida? ¿Y el mismo lado final?
5.5 Razones trigonométricas de un ángulo agudo
U05-18
Un triángulo rectángulo tiene catetos
y
cm. Halla las tres razones del ángulo opuesto al cateto de
cm.
U05-19
Calcula exactamente
,
y
.
U05-20
Si
,
calcula
sin otra operación trigonométrica.
U05-21
Un compañero calcula seno como hipotenusa dividida entre cateto y
obtiene
.
Explica el error.
5.6 Resolución de triángulos rectángulos
U05-22
Una escalera de
m forma
con el suelo. Halla altura y separación horizontal.
U05-23
Los catetos de un triángulo rectángulo miden
y
cm. Resuélvelo.
U05-24
Desde un mirador situado
m sobre el nivel del mar se observa una boya con depresión
.
Halla la distancia horizontal.
U05-25
Una rampa salva
m en
m horizontales. Calcula pendiente porcentual y ángulo.
U05-26
Desde dos puntos de suelo horizontal separados
m, alineados con el pie de una torre y situados al mismo lado, se
observan ángulos de
desde el lejano y
desde el cercano. Halla altura y distancia cercana.
5.7 Razones trigonométricas de un ángulo cualquiera
U05-27
Calcula exactamente seno, coseno y tangente de
.
U05-28
Calcula
y
.
U05-29
Indica
,
y si existe
.
U05-30
Si
y
está en II, halla coseno y tangente.
5.8 Identidades trigonométricas
U05-31
Si
y
está en IV, halla seno y tangente.
U05-32
Simplifica
e indica su restricción.
U05-33
Justifica
.
U05-34
Refuta con un ejemplo que
para cualquier ángulo.
5.9 Resolución de triángulos cualesquiera
U05-35
,
,
cm. Resuelve el triángulo.
U05-36
Dos lados de
y
cm forman
.
Halla el tercer lado y el área.
U05-37
Un triángulo tiene lados
cm. Halla todos sus ángulos.
U05-38
Con
,
,
cm, determina cuántos triángulos existen y sus ángulos restantes.
U05-39
¿Existe un triángulo con
,
y
cm? Justifica.
U05-40
En un triángulo,
,
,
cm. Calcula
.
5.10 Calculadora y herramientas digitales
U05-41
La calculadora en radianes no devuelve
al calcular
.
Explica cómo corregirlo de dos maneras.
U05-42
Calcula el ángulo agudo cuyo coseno es
.
Indica la función y la unidad.
U05-43
En GeoGebra, una homotecia con
cambia un área de
a
.
¿Prueba esto la regla para todo
?
Explica.
Práctica global
U05-G01
Una maqueta de un depósito tiene volumen
cm
a escala
.
Halla el volumen real en
m.
U05-G02
Una persona de
m y un poste proyectan sombras de
y
m simultáneamente en terreno horizontal. Halla la altura del poste.
U05-G03
En un triángulo rectángulo las proyecciones son
y
cm. Halla los cuatro elementos
.
U05-G04
Calcula exactamente
,
y
.
U05-G05
Si
y
está en III, calcula coseno y tangente.
U05-G06
Desde
m horizontales del pie de un edificio se observa su parte superior a
con ojos a
m. Halla la altura.
U05-G07
Dos caminos de
y
m salen del mismo punto con ángulo de
.
Halla la distancia entre sus extremos y el área del triángulo.
U05-G08
En un triángulo,
,
y
cm. Estudia todas las soluciones y halla los lados restantes.
Razonamiento matemático
5.11 Problemas integrados y síntesis
U05-44
Una torre se representa con
cm en una maqueta
.
¿Qué altura real tiene? Si se observa desde
m horizontales a nivel del suelo, ¿cuál es el ángulo de elevación?
U05-45
¿Pueden
,
y
cm ser los lados de un triángulo? Indica qué comprobación debe preceder
al coseno.
U05-46
Un alumno usa el teorema del seno con dos lados y un ángulo
comprendido. ¿Qué teorema permite obtener directamente el tercer
lado?
Razón
.
Longitudes y perímetros: factor
;
áreas:
;
volúmenes de cuerpos semejantes:
.
Convertir unidades antes de formar razones. Tales exige paralelismo y
segmentos correspondientes. Criterios de semejanza: AA, LLL y LAL con
ángulo comprendido.
rad. De grados a radianes: multiplicar por
;
de radianes a grados: por
.
Coterminales: diferencia
o
.
En la circunferencia unidad,
.
Signos
:
I
;
II
;
III
;
IV
.
Los ejes se estudian por sus coordenadas. Tangente no definida si
.
Triángulos cualesquiera
Lado
opuesto a
,
etc.;
.
Dos ángulos y un lado: seno. Dos lados y ángulo comprendido o tres
lados: coseno. Con
,
estudiar
:
si
,
imposible; si
,
revisar
y
,
conservando solo los distintos que cumplan
.
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