Resolver una ecuación trigonométrica es encontrar todos los ángulos que hacen verdadera una igualdad. La calculadora suele dar uno, pero la circunferencia puede mostrar otro y cada vuelta completa repite posiciones. Vamos a encontrar esas posibilidades, respetar el intervalo pedido y comprobar la ecuación original.
Si necesitas repasar:
1. La unidad, el intervalo y los denominadores se fijan antes de despejar
La incógnita x representa un ángulo. En esta lección, si no se indica grados, trabajamos en radianes. Una respuesta en [0; 2π) incluye cero y excluye 2π. Una respuesta para todos los reales necesita familias que repitan vueltas, no solo una lista de una vuelta.
Antes de operar anotamos el dominio: tan x requiere cos x ≠ 0; una fracción no puede tener denominador cero.
Si al despejar sale un valor fuera de ese rango, no hay ángulos reales que lo produzcan.
Un despeje puede dejar una ecuación imposible
Resuelve 2sen x = 3 en los reales.
Despejamos
sen x = 3/2.Revisamos el rango
3/2 > 1.Concluimos
Ningún seno real alcanza ese valor.
No hay soluciones reales.
No se introduce 1,5 en arcsen esperando un ángulo real.
Leer los extremos del intervalo
¿0 y 2π pertenecen a [0; 2π)?
Corchete izquierdo
Incluye cero.
Paréntesis derecho
Excluye 2π.
Solo cero pertenece al intervalo.
Aunque representan la misma dirección final, son números distintos y el intervalo decide cuáles se admiten.
2. Seno igual a una altura suele dar dos direcciones por vuelta
sen x = √3/2 pide puntos unitarios con altura √3/2. En el dibujo hay dos: π/3 y 2π/3. Uno queda a la derecha y el otro a la izquierda. Las vueltas completas repiten las dos posiciones.
Para sen x = c, con −1 ≤ c ≤ 1, llamamos α = arcsen c a la respuesta principal entre −π/2 y π/2. Las familias son x = α + 2kπ y x = π − α + 2kπ, con k cualquier entero. En los extremos c = ±1 coinciden familias y quitamos duplicados.
Si la altura es negativa, buscamos los puntos por debajo del eje horizontal. La respuesta principal negativa puede convertirse en una dirección positiva sumando 2π; no se cambia el signo del valor de seno.
Altura positiva del dibujo
Resuelve sen x = √3/2 en [0; 2π).
Valor notable
sen(π/3) = √3/2.Segunda dirección
π − π/3 = 2π/3.Revisamos el intervalo
Ambas están dentro.
x = π/3 o x = 2π/3.
La horizontal del dibujo corta el círculo exactamente en esos dos puntos de la vuelta.
Altura negativa
Resuelve sen x = −1/2 en [0; 2π).
Referencia
π/6.
Cuadrantes con seno negativo
Tercero y cuarto.
Direcciones
π + π/6 = 7π/6; 2π − π/6 = 11π/6.
x = 7π/6 o x = 11π/6.
Los dos valores tienen seno negativo y pertenecen al intervalo.
3. Coseno fija una horizontal; tangente fija una dirección de recta
Si β = arccos c está entre 0 y π, sus familias son x = β + 2kπ y x = −β + 2kπ. En una vuelta pueden escribirse β y 2π − β; en c = ±1 se eliminan duplicados.
tan x = t se repite cada media vuelta porque x e y cambian de signo juntos.
Para t real estas direcciones tienen coseno no nulo, como exige el dominio de tangente.
No usamos sin más las dos direcciones de seno para una ecuación de coseno o tangente: cada función conserva una simetría diferente.
Horizontal del dibujo
Resuelve cos x = −1/2 en [0; 2π).
Referencia
π/3.
Coseno negativo
Segundo y tercer cuadrante.
Direcciones
2π/3 y 4π/3.
x = 2π/3 o x = 4π/3.
Comparten horizontal y sus verticales son opuestas.
Tangente negativa
Resuelve tan x = −1 en [0; 2π).
Respuesta principal
−π/4.
Añadimos medias vueltas
−π/4 + π = 3π/4; otra π da 7π/4.Comprobamos
Seno y coseno tienen signos distintos en ambos puntos.
x = 3π/4 o x = 7π/4.
Ninguno cae en un eje vertical, donde tangente estaría excluida.
4. Secante, cosecante y cotangente se convierten cuidando sus ceros
Si t = 0, no hay solución: el recíproco de un número no nulo no es cero. Para cosecante hacemos lo mismo con seno.
La ecuación cot x = 0 pide cos x = 0 con seno no nulo; no se convierte en tan x = 1/0. Por ejemplo, csc x = −1 equivale a sen x = −1 y en una vuelta da 3π/2.
Secante igual a dos
Resuelve sec x = 2 en [0; 2π).
Dominio
cos x ≠ 0.Recíproco
cos x = 1/2.Dos direcciones
π/3 y 5π/3.
x = π/3 o x = 5π/3.
En ambos coseno vale un medio, no cero, y su recíproco es dos.
Cotangente cero
Resuelve cot x = 0 en [0; 2π).
Numerador cero
cos x = 0.Candidatos
π/2 y 3π/2.
Denominador permitido
Sus senos son uno y menos uno.
x = π/2 o x = 3π/2.
Son soluciones válidas de cotangente aunque allí la tangente no exista.
5. Las familias generales se filtran con el intervalo pedido
Para listar solo los del intervalo, probamos los enteros k que pueden situarla dentro de sus extremos. No sumamos una sola vuelta por costumbre: un intervalo largo puede contener muchas.
En [0; 2π) salen 0 y π, pero en (0; 2π] salen π y 2π. La ecuación es la misma; cambió el conjunto donde buscamos.
Un intervalo que incluye negativos
Resuelve sen x = 0 en [−π; π].
Familia
x = kπ.Enteros admitidos
k = −1, 0, 1.Extremos cerrados
−π y π están incluidos.
x = −π, 0 o π.
Cada valor pertenece al intervalo y tiene seno cero.
Coseno uno con varias vueltas
Resuelve cos x = 1 en [0; 4π].
Familia
x = 2kπ.Filtramos
k = 0, 1, 2.Lista
0, 2π, 4π.
Tres soluciones: 0, 2π y 4π.
Los extremos se incluyen; son tres números aunque compartan dirección final.
6. Factorizar conserva ramas que se perderían al dividir por la incógnita
En 2sen²x − sen x = 0 sacamos factor común: sen x(2sen x − 1) = 0. Un producto es cero si al menos uno de sus factores lo es.
Si dividiéramos por sen x sin separar el caso cero, borraríamos precisamente las soluciones de la primera rama. Esta precaución es la misma que en una ecuación algebraica con un factor x: una expresión que depende de la incógnita podría valer cero.
Dos ramas y cuatro soluciones
Resuelve 2sen²x − sen x = 0 en [0; 2π).
Factorizamos
sen x(2sen x − 1) = 0.Primera rama
sen x = 0: x = 0 o π.Segunda rama
sen x = 1/2: x = π/6 o 5π/6.Reunimos sin repetir
0, π/6, 5π/6, π.
x = 0, π/6, 5π/6 o π.
Cada una anula al menos un factor; dividir por seno habría perdido cero y π.
Producto con coseno
Resuelve cos x(2cos x + 1) = 0 en [0; 2π).
Primera rama
cos x = 0: π/2 y 3π/2.Segunda
cos x = −1/2: 2π/3 y 4π/3.Unión
Cuatro valores distintos.
π/2, 2π/3, 4π/3 y 3π/2.
No se exige anular los dos factores a la vez; basta uno.
7. Un cambio de variable resuelve el álgebra, pero luego hay que volver al ángulo
Si aparece solo seno y sus potencias, ponemos u = sen x. La ecuación se transforma en una ecuación algebraica para u. Después rechazamos u fuera de [−1; 1] y resolvemos la ecuación trigonométrica de cada valor restante.
Elevar una igualdad al cuadrado puede introducir candidatos nuevos porque borra signos. Por ejemplo sen x = cos x implica sen²x = cos²x, pero la igualdad cuadrada también permite seno y coseno opuestos. Al cuadrar, al final volvemos a comprobar el signo en la igualdad original.
Dos valores de seno válidos
Resuelve 2sen²x − 3sen x + 1 = 0 en [0; 2π).
Cambio
u = sen x: 2u² − 3u + 1 = 0.Factorizamos
(2u − 1)(u − 1) = 0.Valores
u = 1/2 o u = 1.Ángulos
π/6 y 5π/6 para un medio; π/2 para uno.
x = π/6, π/2 o 5π/6.
Las tres soluciones se sustituyen en el polinomio de seno original.
Una raíz algebraica imposible
Resuelve sen²x + sen x − 2 = 0 en [0; 2π).
Cambio y factorización
(u + 2)(u − 1) = 0.Compatibilidad
u = −2 es imposible para un seno; u = 1 sí.Volvemos al ángulo
sen x = 1: x = π/2.
La única solución es π/2.
No todo número que resuelve el cambio de variable representa un valor de seno.
8. Cuando la entrada es 2x, primero resolvemos para toda esa entrada
Si x recorre [0; 2π), entonces t recorre [0; 4π): dos vueltas. Resolver t solo en una vuelta perdería la mitad de las posibilidades.
La periodicidad en x se ha reducido a π.
Para una entrada x − a, despejamos esa entrada y después sumamos a. El intervalo original se revisa sobre x al final, no solo sobre el ángulo intermedio.
Cuatro soluciones de una entrada doble
Resuelve sen(2x) = 1/2 en [0; 2π).
Familias para x
π/12 + kπ y 5π/12 + kπ.
Primeros valores
k = 0: π/12, 5π/12.Una π adicional
k = 1: 13π/12, 17π/12.No caben más
Con otros k salimos del intervalo.
π/12, 5π/12, 13π/12 y 17π/12.
Al duplicarlos se obtienen dos direcciones por cada una de las dos vueltas de la entrada.
Una entrada desplazada
Resuelve cos(x − π/3) = 1 en [0; 2π).
Igualdad para la entrada
x − π/3 = 2kπ.Despejamos x
x = π/3 + 2kπ.Filtramos
Solo k = 0.
x = π/3.
La entrada original vale cero y cos 0 = 1.
9. Sustituimos en la original y justificamos que no falta ninguna rama
Una lista de candidatos no es todavía una solución completa si no revisamos dominio, intervalo y pasos que solo implicaban en un sentido. Comprobamos cada candidato en la ecuación original, especialmente después de cancelar, multiplicar por denominadores o elevar al cuadrado.
Para justificar que no falta nadie, explicamos todas las ramas de la factorización, las dos posiciones del seno o coseno y los periodos que caben en el intervalo. La comprobación directa garantiza validez; el razonamiento por ramas garantiza que la lista es exhaustiva.
Una fracción con un candidato excluido
Resuelve sen x/(1 − cos x) = 0 en [0; 2π).
Dominio
1 − cos x ≠ 0; cero está excluido.Numerador cero
sen x = 0 propone 0 y π.Revisamos
En cero hay 0/0; en π, 0/2 = 0.
La única solución es π.
No se acepta cero porque la expresión original no existe allí.
Comprobar después de cuadrar
Resuelve sen x = cos x en [0; 2π).
Si cuadramos
sen²x = cos²x propone π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4.Volvemos a los signos
En π/4 y 5π/4 coinciden; en los otros dos son opuestos.
Lista válida
π/4 y 5π/4.
x = π/4 o x = 5π/4.
También se obtiene tan x = 1, tras comprobar que cos x = 0 no puede resolver la original.
Ahora lo resolvemos de principio a fin.
EJEMPLO RESUELTO 1
Todas las soluciones
Resuelve sen x=1/2 en [0,2π).
Intervalo y unidad
Buscamos x en [0; 2π), en radianes.
Altura un medio
El seno es la coordenada vertical del punto unitario.
Primera dirección
π/6 tiene seno 1/2.
Segunda dirección con la misma altura
π − π/6 = 5π/6.Comprobamos y cerramos
Ambas están en el intervalo y tienen seno un medio. Una horizontal de esa altura corta la vuelta en solo esos dos puntos.
π/6 y 5π/6.
Ambos tienen altura 1/2 en la circunferencia.
EJEMPLO RESUELTO 2
Una factorización
Resuelve sen x cos x=0 en [0,2π).
Producto nulo
sen x cos x = 0 exige sen x = 0 o cos x = 0.Rama del seno
En [0; 2π): 0 y π.
Rama del coseno
En el mismo intervalo: π/2 y 3π/2.
Unimos y ordenamos
0, π/2, π y 3π/2.
Comprobamos
Cada valor anula al menos un factor; 2π queda fuera del intervalo.
0,π/2,π,3π/2.
Cada ángulo anula al menos un factor.
Los símbolos que hemos usado
- x
- Ángulo desconocido, medido aquí en radianes salvo indicación distinta.
- k∈Z
- Entero que enumera repeticiones periódicas.
- arcsen c
- Ángulo principal α∈[−π/2,π/2] cuyo seno es c, para |c|≤1.
- arccos c
- Ángulo principal β∈[0,π] cuyo coseno es c, para |c|≤1.
- arctan t
- Ángulo principal en (−π/2,π/2) cuya tangente es t.
- D
- Dominio o intervalo en que se buscan las soluciones.
- Candidato
- Ángulo obtenido durante la resolución que se verifica en la ecuación inicial.
Ahora te toca a ti.
Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.
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