Identidades Trigonométricas

Una identidad es una igualdad que se cumple para todos los valores del ángulo (donde están definidas las funciones).

Identidades fundamentales

Relación pitagórica

$$ \sin^2 \alpha + \cos^2 \alpha = 1 $$

De ella se derivan:

$$ \sin^2 \alpha = 1 - \cos^2 \alpha $$
$$ \cos^2 \alpha = 1 - \sin^2 \alpha $$

Dividiendo por $\cos^2 \alpha$:

$$ \tan^2 \alpha + 1 = \sec^2 \alpha $$

Definición de tangente y cotangente

$$ \tan \alpha = \frac{\sin \alpha}{\cos \alpha}, \quad \cot \alpha = \frac{\cos \alpha}{\sin \alpha} $$

Razones recíprocas

$$ \csc \alpha = \frac{1}{\sin \alpha}, \quad \sec \alpha = \frac{1}{\cos \alpha}, \quad \cot \alpha = \frac{1}{\tan \alpha} $$

Fórmulas de suma y diferencia de ángulos

Seno

$$ \sin(\alpha \pm \beta) = \sin \alpha \cos \beta \pm \cos \alpha \sin \beta $$

Coseno

$$ \cos(\alpha \pm \beta) = \cos \alpha \cos \beta \mp \sin \alpha \sin \beta $$

Tangente

$$ \tan(\alpha \pm \beta) = \frac{\tan \alpha \pm \tan \beta}{1 \mp \tan \alpha \tan \beta} $$
Calcular $\sin 75°$
$$ \sin 75° = \sin(45° + 30°) = \sin 45° \cos 30° + \cos 45° \sin 30° $$
$$ = \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{\sqrt{2}}{2} \cdot \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{6}}{4} + \frac{\sqrt{2}}{4} = \frac{\sqrt{6} + \sqrt{2}}{4} $$

Fórmulas del ángulo doble

Aplicando las fórmulas de suma con $\alpha = \beta$:

Seno del ángulo doble

$$ \sin 2\alpha = 2 \sin \alpha \cos \alpha $$

Coseno del ángulo doble

$$ \cos 2\alpha = \cos^2 \alpha - \sin^2 \alpha = 1 - 2\sin^2 \alpha = 2\cos^2 \alpha - 1 $$

Tangente del ángulo doble

$$ \tan 2\alpha = \frac{2\tan \alpha}{1 - \tan^2 \alpha} $$
Calcular $\sin 60°$ usando $\sin 2 \cdot 30°$
$$ \sin 60° = \sin(2 \cdot 30°) = 2\sin 30° \cos 30° = 2 \cdot \frac{1}{2} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\sqrt{3}}{2} $$

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Fórmulas del ángulo mitad

$$ \sin^2 \frac{\alpha}{2} = \frac{1 - \cos \alpha}{2} $$
$$ \cos^2 \frac{\alpha}{2} = \frac{1 + \cos \alpha}{2} $$

Simplificación de expresiones

Las identidades sirven para simplificar expresiones trigonométricas complejas:

Simplificar $\frac{\sin^2 \alpha}{1 - \cos \alpha}$
$$ \frac{\sin^2 \alpha}{1 - \cos \alpha} = \frac{1 - \cos^2 \alpha}{1 - \cos \alpha} = \frac{(1 - \cos \alpha)(1 + \cos \alpha)}{1 - \cos \alpha} = 1 + \cos \alpha $$
Demostrar que $\sin 2\alpha = 2\sin \alpha \cos \alpha$
$$ \sin 2\alpha = \sin(\alpha + \alpha) = \sin \alpha \cos \alpha + \cos \alpha \sin \alpha = 2\sin \alpha \cos \alpha $$

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1. Si $\sin \alpha = \frac{3}{5}$, ¿cuánto vale $\cos^2 \alpha$? (1 puntos)

2. ¿Cuánto vale $\sin 2\alpha$ si $\sin \alpha = \frac{1}{2}$ y $\cos \alpha = \frac{\sqrt{3}}{2}$? (1 puntos)

3. Simplifica: $\cos^2 \alpha - \sin^2 \alpha$ (1 puntos)

4. ¿Cuánto vale $\cos(90° - \alpha)$? (1 puntos)