| Seno inverso | |
|---|---|
| Coseno inverso | |
| Tangente inversa | |
| Deshacer el seno |
Lección
La teoría — Funciones trigonométricas inversas
Las funciones trigonométricas inversas sin⁻¹ x, cos⁻¹ x y tan⁻¹ x (también escritas como arcsin, arccos y arctan) devuelven el único ángulo dentro de un intervalo fijo, llamado valor principal, cuyo seno, coseno o tangente es x. El superíndice −1 indica función inversa, no exponente: sin⁻¹ x no es 1/sin x.
De dónde viene la fórmula
- El seno no es inyectivo. Infinitos ángulos comparten un mismo valor de seno; decir «el ángulo cuyo seno vale ½» no define nada concreto hasta fijar un criterio de elección.
- Restringir y luego invertir. Entre −π/2 y π/2 el seno crece de −1 a 1 pasando por cada valor una sola vez, por lo que en ese tramo sí admite inversa. Por la misma razón, el coseno se restringe a 0 ≤ y ≤ π y la tangente a −π/2 < y < π/2.
- Solo deshace el seno en un sentido. Se cumple sin(sin⁻¹ x) = x para cualquier x admisible, pero sin⁻¹(sin θ) únicamente devuelve θ si este ya se encontraba en el rango. Si no, devuelve el ángulo de dicho rango que tiene ese mismo seno.
- Las composiciones se deducen con un triángulo rectángulo. Tomando y = sin⁻¹ x, resulta sin y = x. El teorema de Pitágoras da el cateto restante y el rango determina su signo.
- Supone
- sin⁻¹ y cos⁻¹ solo admiten −1 ≤ x ≤ 1; tan⁻¹ admite cualquier número real.
Problemas resueltos al detalle
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Un seno negativo 2 pasos
Calcula el valor exacto de sin⁻¹(−1/2).
Abre este problema en la herramienta
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El resultado debe pertenecer al rango de sin⁻¹:
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El seno de π/6 vale 1/2 y la función seno es impar, así que el ángulo del rango es −π/6:
Respuesta
sin⁻¹(−1/2) = −π/6. Aunque 7π/6 y 11π/6 tienen ese mismo seno, quedan fuera del rango.
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Un coseno negativo 2 pasos
Calcula el valor exacto de cos⁻¹(−√3/2).
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El rango va de 0 a π, y el ángulo de referencia es π/6:
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Dentro del rango, el coseno solo es negativo a partir de π/2, de modo que el ángulo es π − π/6:
Respuesta
cos⁻¹(−√3/2) = 5π/6.
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Una tangente inversa 2 pasos
Calcula el valor exacto de tan⁻¹(−√3).
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tan⁻¹ admite cualquier número real y devuelve valores estrictamente entre −π/2 y π/2:
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Como tan(π/3) = √3 y la tangente es impar:
Respuesta
tan⁻¹(−√3) = −π/3.
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Qué inversas existen 2 pasos
¿Cuáles de las expresiones sin⁻¹ 1,5, cos⁻¹(−1,2) y tan⁻¹ 1,5 existen? Calcula las que estén definidas.
Abre este problema en la herramienta
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El seno y el coseno son coordenadas de un punto en la circunferencia unidad, por lo que sin⁻¹ y cos⁻¹ solo admiten valores de −1 a 1:
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La tangente toma cualquier valor real, por lo que tan⁻¹ 1,5 sí existe. Al no ser un ángulo notable, se obtiene con calculadora en radianes:
Respuesta
Solo existe tan⁻¹ 1,5 ≈ 0,9828, unos 56,3099°. sin⁻¹ 1,5 y cos⁻¹(−1,2) no están definidas.
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Deshacer el seno fuera del rango 2 pasos
Calcula sin⁻¹(sin 5π/6).
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Como 5π/6 queda fuera del rango, el resultado no puede ser 5π/6:
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π − θ tiene el mismo seno que θ, y π − 5π/6 sí está dentro del rango:
Respuesta
sin⁻¹(sin 5π/6) = π/6.
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Deshacer el coseno fuera del rango 2 pasos
Calcula cos⁻¹(cos 4π/3).
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4π/3 es mayor que π, por lo que queda fuera del rango:
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2π − θ tiene el mismo coseno que θ porque el coseno es par y periódico con periodo 2π, y 2π − 4π/3 sí pertenece al rango:
Respuesta
cos⁻¹(cos 4π/3) = 2π/3.
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Una composición con valor negativo 3 pasos
Calcula el valor exacto de tan(cos⁻¹(−3/5)).
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Llamemos y al ángulo. Su coseno vale −3/5, de modo que el rango lo sitúa por encima de π/2:
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Allí el seno es positivo, así que a partir de sin²y + cos²y = 1
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y como tan y = sin y / cos y:
Respuesta
tan(cos⁻¹(−3/5)) = −4/3.
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Una composición en función de x 3 pasos
Expresa cos(sin⁻¹ x) en función de x y compruébalo para x = −3/5.
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Llamemos y al ángulo. El rango de sin⁻¹ mantiene y entre −π/2 y π/2, donde el coseno nunca es negativo:
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por lo que la raíz toma signo positivo:
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Para x = −3/5:
Respuesta
cos(sin⁻¹ x) = √(1 − x²), sin ±, para todo x entre −1 y 1.
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Una ecuación con funciones inversas 2 pasos
Resuelve cos⁻¹ x = 2π/3, y después cos⁻¹ x = −π/3.
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Tomando el coseno en ambos lados y como 2π/3 está en el rango, esta es la única solución:
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cos⁻¹ nunca devuelve −π/3, que queda fuera de su rango:
Respuesta
x = −1/2 para la primera; la segunda no tiene solución. cos(−π/3) = 1/2, pero cos⁻¹(1/2) vale π/3.
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Problemas complementarios, solo con la respuesta
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Calcula tan⁻¹(tan 2π/3).
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−π/3, que equivale a 2π/3 − π.
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Calcula cos⁻¹(cos(−2π/5)).
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2π/5, ya que el coseno es par.
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Calcula sin⁻¹(sin 4), con 4 en radianes.
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π − 4 ≈ −0,8584, porque 4 está entre π/2 y 3π/2.
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Calcula el valor exacto de sin(cos⁻¹(−12/13)).
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5/13: el ángulo supera π/2, donde el seno es positivo.
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Expresa tan(sin⁻¹ x) en función de x.
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x/√(1 − x²), para −1 < x < 1.
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Demuestra que sin⁻¹ x + cos⁻¹ x = π/2 para −1 ≤ x ≤ 1 y compruébalo en x = −1/2.
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Si y = sin⁻¹ x, entonces cos(π/2 − y) = sin y = x; como además π/2 − y está entre 0 y π, se deduce que π/2 − y = cos⁻¹ x.
Ruta de aprendizaje
Identidades y ecuaciones trigonométricas
Referencias (1)
- The domains and principal ranges of sin⁻¹, cos⁻¹ and tan⁻¹, sin⁻¹(sin x) = x only for −π/2 ≤ x ≤ π/2, the warning that sin⁻¹ x is not 1/sin x, and compositions such as cos(sin⁻¹ x) by a right triangle: J. Abramson, Precalculus 2e, OpenStax (2021), section 6.3, “Inverse Trigonometric Functions”.