Ejercicios IB del tema 4
Ejercicios de exámenes del IB agrupados por tipo y, dentro de cada tipo, de menos a más difícil. Intenta cada uno antes de abrir la solución.
Razones trigonométricas y valores exactos
Sabiendo que y , calcule los valores exactos de , y .
Solución
Sabiendo que donde , calcule el valor exacto de .
Solución
Sea un triángulo rectángulo, donde . La recta biseca , y , como se muestra en el diagrama.
Calcule el ángulo
Solución
a) Desarrolle y simplifique .
b) Escribiendo como , encuentre el valor de .
El siguiente diagrama muestra el triángulo donde , y .
c) Calcule en la forma , donde .
Solución
a)
b)
c)
Radianes, arcos y sectores
El final de la manecilla de minutos de un reloj de la estación de ferrocarril está a 1,2 metros del centro del reloj. Si el final de la manecilla de la hora del mismo reloj desde el centro es 0.8 metros, entonces calcule las velocidades, en metros por minuto, de los extremos de la aguja de los minutos y de la manecilla de las horas.
Solución
Velocidad aguja minutero
Velocidad aguja horaria
Un sector circular con radio cm, donde , se muestra en el siguiente diagrama.
El sector tiene un ángulo de 1 radián en el centro.
Sea el área del sector y el perímetro de cm. Sabiendo que , calcule el valor de .
Solución
El logo, para una empresa que produce chocolate, es un sector circular de radio 2 cm, que se muestra sombreado en el diagrama. El área del logotipo es .
a) Hallar, en radianes, el valor del ángulo , que aparece en el diagrama.
b) Encuentre la longitud total del perímetro del logotipo.
Solución
a) rad
b) Perímetro cm
La siguiente figura muestra un círculo de 5 metros de radio y con centro en O.
Los puntos A y B pertenecen a la circunferencia y radianes.
a) Halle la longitud de la cuerda [AB].
b) Halle el área del sector circular sombreado.
Solución
a) m
b) Área del sector circular sombreado
La siguiente figura muestra un círculo con centro en y radio y una recta tangente a él.
El ángulo mide radianes.
a) Halle el área del triángulo en función de y de .
b) Halle el área del triángulo en función de y de .
c) Utilizando los resultados de los apartados (a) y (b), compruebe que .
Solución
a) Área del triángulo
b) Área del triángulo
Los puntos y se encuentran sobre una circunferencia de 8 cm de radio y centro , de tal manera que .
Halle el área del segmento circular sombreado, contenido entre el arco y la cuerda .
Solución
Área
Nota: la solución del libro da pero , así que el área es .
La siguiente figura muestra un sector circular, donde radianes y la longitud del arco cm. Sabiendo que el área del sector circular es igual a , halle la longitud del arco .
Solución
Longitud del arco cm
Un círculo de 4 cm de radio y centro se corta mediante una cuerda , de 6 cm de longitud.
a) Halle , expresando la respuesta en radianes y con una aproximación de cuatro cifras significativas.
b) Determine el área de la región sombreada.
Solución
a) rad
b) Área
La siguiente figura muestra un semicírculo de 20 cm de diámetro y centro , y dos puntos y , tales que , donde está expresado en radianes.
a) Demuestra que el área de la región sombreada se puede expresar como .
b) Halla el valor de para el cual el área de la región sombreada es igual a la mitad del área de la región no sombreada, con una aproximación de 4 cifras significativas.
Solución
a) Área sombreada con .
b) rad
El siguiente diagrama muestra un círculo de centro y radio cm. El ángulo .
Halle el área de la región rayada.
Solución
Área
Un disco circular se divide en 12 sectores cuyas áreas forman una progresión aritmética. El ángulo del sector más grande es el doble del ángulo del sector más pequeño. Calcule la medida del ángulo del sector más pequeño.
Solución
El diagrama muestra un círculo de centro y radio 1, donde , .
El área del triángulo es tres veces el área rayada. Calcule el valor de
Solución
rad
El siguiente diagrama muestra un pendiente metálico formado por cuatro sectores circulares iguales de radio cm y cuatro sectores iguales de radio cm. El ángulo .
Calcule el área del pendiente.
Solución
Área del pendiente
El siguiente diagrama muestra un círculo con centro y radio . La longitud del arco es .
El área del segmento sombreado puede expresarse como . Calcule el valor de .
Solución
El siguiente diagrama muestra dos líneas rectas que se cruzan en O y dos círculos, cada uno con el centro O. El círculo exterior tiene un radio y el círculo interno tiene un radio .
Considere las regiones sombreadas con las áreas y . Sabiendo que , encuentre el valor exacto de la relación .
Solución
La relación es
Desde el vértice de un triángulo equilátero de lado , se traza un arco circular para dividir el triángulo en dos regiones, tal y como muestra la siguiente figura.
Sabiendo que las dos regiones tienen la misma área, halle el radio del arco en función de .
Solución
Se dibuja un rectángulo alrededor de un sector circular como se muestra.
Si el ángulo del sector es 1 radian y el área del sector es , encuentre las dimensiones del rectángulo, dando sus respuestas al milímetro más cercano.
Solución
Ancho mm Alto mm
La siguiente figura muestra un sector circular de un círculo de radio 1 y centro , con . Las rectas , , son perpendiculares a . , son todos arcos de circunferencia con centro en .
Calcule la suma infinita de las longitudes de los arcos
Solución
El diagrama muestra un círculo con centro y radio .
El ángulo en el centro del círculo es radianes. La cuerda divide al círculo en un segmento menor (región sombreada) y en un segmento mayor.
a) Muestre que el área del menor segmento es .
b) Calcule el área del mayor segmento.
c) Sabiendo que la razón de las áreas de los dos segmentos es 2:3, demuestre que .
d) Calcule el valor de .
Solución
a) El segmento es el sector menos el triángulo : .
b)
c) La razón da , es decir, y .
d) rad
El siguiente diagrama muestra dos círculos que se cortan con centros y y radios de 5 cm y 6 cm respectivamente. es la cuerda común de ambos círculos y mide 7 cm.
Calcule el área de la región rayada.
Solución
Área sombreada
Considere la siguiente figura
Los lados del triángulo equilátero tienen longitudes de 1 m. es el punto medio de . El arco de circunferencia tiene por centro , el punto medio de .
a) (i) Halle .
(ii) Halle en radianes.
b) Halle el área de la región sombreada.
Solución
a) (i) (ii) rad
b) Área sombreada
El barco se encuentra a 10 km de distancia del barco . Cada barco lleva a bordo un transmisor de radio. El transmisor del barco tiene un alcance de 7 km y el transmisor del barco tiene un alcance de 5 km. En el siguiente diagrama la zona sombreada representa la región en la que se puede detectar los dos transmisores. Halle el área de esta región.
Solución
Área sombreada
El diagrama muestra dos circunferencias con centros en los puntos y y radios y , respectivamente. El punto pertenece a la circunferencia que tiene centro en . Las circunferencias se cortan en los puntos y .
Sea la medida del ángulo y la medida del ángulo , ambas en radianes.
a) Halle una expresión para el área de la zona sombreada en función de , y .
b) Muestre que .
c) A partir de lo anterior, halle el valor de , sabiendo que el área de la zona sombreada es igual a 4.
Solución
a) Área sombreada
b) El triángulo es isósceles con y . Si es el punto medio de , en el triángulo rectángulo se cumple , pues y su mitad vale . Por tanto, .
c)
El radio del círculo con el centro C es 7 cm y el radio del círculo con el centro D es de 5 cm. Si la longitud de la cuerda [AB] es de 9 cm, calcule el área de la región sombreada encerrada por los dos arcos AB.
Solución
Área sombreada
La siguiente figura muestra dos círculos que se cortan, de radios 4 cm y 3 cm. El centro C del círculo pequeño está situado en la circunferencia del círculo grande. O es el centro del círculo grande, y los dos círculos se cortan en los puntos A y B.
Halle;
a)
b) El área de la región sombreada.
Solución
a) rad
b) Área
Nota: la solución del libro da rad, pero , que redondeado a cuatro decimales es rad.
El siguiente diagrama muestra un semicírculo con centro O y radio . Los puntos P, Q y R se encuentran en la circunferencia del círculo, tal que y , donde .
a) Sabiendo que las áreas de las dos regiones sombreadas son iguales, muestre que .
b) Usando lo anterior, determine el valor de .
Solución
a) Demostración: el área del triángulo PRO es y la del segmento circular es ; igualándolas se obtiene .
b) rad
Una empresa está diseñando un nuevo logotipo. El logotipo se crea quitando dos segmentos iguales de un rectángulo, como se muestra en el siguiente diagrama.
El rectángulo mide 5 cm por 4 cm. Los puntos A y B pertenecen a una circunferencia de centro O y radio 2 cm, tal que , donde . Esta información se muestra en el siguiente diagrama.
a) Encuentre el área de uno de los segmentos sombreados en función de .
b) Sabiendo que el área del logotipo es , calcule el valor de .
Solución
a) Área del segmento sombreado
b) rad
Identidades trigonométricas (suma, ángulo doble y mitad)
Sabiendo que y , encuentre el valor de .
Solución
Sabiendo que , halle una expresión para en función de y .
Solución
Si satisface la ecuación , compruebe que donde .
Solución
, es decir,
En la figura que aparece a continuación, es perpendicular a .
, y . y .
Halle el valor exacto de .
Solución
Compruebe que
Solución
Multiplicando numerador y denominador por :
a) Sabiendo que , donde , halle .
b) A partir de lo anterior, halle el valor de .
Solución
a)
b)
Sean , , los ángulos de un triángulo. Compruebe que
Solución
Sugerencia: .
Desarrollo: como , Quitando el denominador, , es decir,
a) Demuestre que .
b) Usando lo anterior, encuentre el valor de en la forma , donde .
Solución
a) .
b) Por (a) con : , luego .
a) Sabiendo que , , halle el valor de .
b) A partir de lo anterior, o de cualquier otro modo, resuelva la ecuación .
Solución
a)
b) rad
Sabiendo que , halle .
Solución
Los tres primeros términos de una progresión geométrica son: , y , .
a) Halle la razón común .
b) Halle el conjunto de valores de para los cuales la serie geométrica: es convergente.
c) Si , , demuestre que la suma de los infinitos términos de la serie vale .
Solución
a)
b)
c) Con se tiene y , luego
a) Halle el valor de .
b) Muestre que , donde .
c) Utilice el principio de inducción matemática para demostrar que
d) A partir de lo anterior o de cualquier otro modo, resuelva la ecuación en el intervalo .
Solución
a)
b) , luego .
c) Para es el apartado (b). Se supone cierto para y se suma el término siguiente: porque .
d)
a) Muestre que .
b) Usando lo anterior, demuestre por inducción que
c) Resuelva la ecuación .
Solución
a) y se aplica la fórmula del seno de una diferencia.
b) Se supone cierto para y se suma el término siguiente:
c)
En el triángulo ABC,
a) Muestre que . Robert conjetura que puede tener dos valores posibles.
b) Muestre que la conjetura de Robert es incorrecta, demostrando que tiene sólo un valor posible.
Solución
a) Elevando al cuadrado las dos ecuaciones y sumándolas se obtiene el resultado.
b) y por tanto .
Ecuaciones trigonométricas
Calcule todos los valores de en el intervalo , para los cuales .
Solución
Resuelva , en el intervalo .
Solución
Halle el menor valor positivo de para el cual se cumple que .
Solución
El menor valor positivo de es
a) Resuelva la ecuación , donde , y exprese la(s) respuesta(s) aproximadas al número entero de grados más cercano.
b) Halle los valores exactos de que satisfacen la ecuación .
Solución
a)
b)
Resolver , donde .
Solución
El ángulo satisface la ecuación , donde está expresado en grados. Halle todos los posibles valores de en el intervalo .
Solución
Halle todos los valores de en el intervalo que satisfacen la ecuación .
Solución
rad rad
Nota: la solución del libro da rad, pero , que con dos decimales es .
Halle todas las soluciones de la ecuación donde .
Solución
Calcule todos los ángulos , , ajustado al grado más cercano, de tal manera que .
Solución
Nota: la solución del libro da y , pero no cumple la ecuación (); la única solución es .
Sea , . Calcule, en función de , las soluciones de , .
Solución
Resuelva la ecuación , .
Solución
Calcule todos los valores de para que , .
Solución
Dada la ecuación , escriba una expresión para dando su respuesta exacta en la forma , donde .
Solución
Resuelva la ecuación
Solución
a) Muestre que .
b) Usando lo anterior o de cualquier otra forma, resuelva para .
Solución
a) Demostración.
b)
a) (i) Exprese en la forma donde .
(ii) Usando lo anterior, resuelva , para .
b) Sea .
(i) Muestre que es un cero de .
(ii) Usando lo anterior, encuentre todas las soluciones de .
(iii) Exprese en función de .
(iv) Usando lo anterior, resuelva para .
Solución
a) (i)
(ii)
b) (i) (Completado) .
(ii)
(iii)
(iv)
Nota: la solución del libro para b) (ii) solo da y ; falta la raíz , que también es solución de la ecuación (pide «todas las soluciones»).
Considere la ecuación , . Sabiendo que y
a) Verifique que es una solución de la ecuación.
b) A partir de lo anterior, halle la otra solución de la ecuación para .
Solución
a) y ; la suma es .
b)
Resuelva la ecuación para .
Solución
Teoremas del seno y del coseno y área de triángulos
El siguiente diagrama muestra un triángulo , donde m, , .
Halle .
Solución
m
El triángulo tiene un ángulo obtuso en ; ; y .
a) Halle , en función de .
b) Sabiendo que el área del triángulo es , halle el ángulo .
Solución
a)
b)
Considere el triángulo donde , y . Halle .
Solución
En un triángulo , , cm y cm. Halle los posibles valores de y los correspondientes valores de .
Solución
ó
Considere el triángulo , donde , cm y cm. El punto , situado sobre el lado , es tal que . Determine la longitud de .
Solución
cm
Un triángulo tiene lados cuyas longitudes son , y donde .
a) Explique por qué el lado debe ser el lado más largo del triángulo.
b) Compruebe que el ángulo más grande del triángulo, , es igual a .
Solución
a) y
b)
En el triángulo , cm, cm y el área es de .
a) Halle .
b) A partir de lo anterior, halle los dos valores posibles de , y dé sus respuestas con una aproximación de dos cifras decimales.
Solución
a)
b)
Sea un triángulo equilátero de perímetro y área , cuyos vértices se encuentran sobre una circunferencia de radio . Halle una expresión para , de la forma , donde .
Solución
Considere un triángulo , siendo ; cm y cm.
a) Por medio de un diagrama, muestre por qué existen dos triángulos que cumplen con esta información.
b) Halle los posibles valores de .
Solución
a) Con y fijos, la circunferencia de centro y radio corta dos veces a la semirrecta que sale de , porque la distancia de a esa semirrecta es . Se obtienen así dos posiciones de y dos triángulos.
b) cm y cm
El triángulo tiene un área de . Los lados y tienen una longitud de 6 cm y 11 cm respectivamente. Halle los dos posibles valores de la longitud del lado .
Solución
El triángulo es equilátero de lado 3 cm. El punto se encuentra en tal que cm. Calcule .
Solución
En el triángulo , , cm y cm. Calcule las posibles medidas de .
Solución
En el triángulo , , cm y el área es .
a) Calcule .
b) Calcule .
Solución
a)
b)
Nota: la solución del libro da porque usa el valor redondeado ; con el valor exacto resulta , es decir, .
El triángulo tiene cm, cm y . Halle la menor área posible del triángulo .
Solución
Menor área
Sea el triángulo , , y . Halle los dos valores posibles de .
Solución
En un triángulo , , cm y cm. Calcule las posibles longitudes del lado .
Solución
cm cm
En el triángulo , cm, cm y .
a) Halle el área del triángulo.
b) Halle .
Solución
a) Área
b) cm
En el triángulo obtusángulo , cm, cm y .
Calcule el área del triángulo .
Solución
Área
En el triángulo , cm, cm, y es dos veces el tamaño de . Calcule el coseno de .
Solución
En el triángulo , , y . Halle todos los ángulos interiores del triángulo. Dé las respuestas en grados, con una aproximación de una cifra decimal.
Solución
Nota: la solución del libro da , pero da .
Las longitudes de dos de los lados de un triángulo son 4 cm y 5 cm. Sea el ángulo entre los dos lados dados. El triángulo tiene un área de .
a) Demuestre que .
b) Halle los dos valores posibles para la longitud del tercer lado.
Solución
a) , luego y .
b) lado lado
es un cuadrilátero en el que ; ; ; y . Halle , y dé la respuesta al número de grados más próximo.
Solución
El triángulo es tal que cm, cm y .
a) Utilice el teorema del coseno para hallar los dos posibles valores de .
b) Halle la diferencia entre las áreas de los dos posibles triángulos .
Solución
a) cm cm
b) Diferencia de áreas
En el triángulo , , cm y . Calcule las posibles longitudes de .
Solución
En el triángulo , , , y es perpendicular a .
a) Muestre que .
b) Usando lo anterior y usando el teorema de Pitágoras en el triángulo , pruebe el teorema del coseno para el triángulo .
c) Si , use el teorema del coseno para mostrar que .
Solución
a) En el triángulo rectángulo , ; como está en , .
b) En el triángulo rectángulo , . Por Pitágoras en :
c) Con el teorema del coseno da , es decir, . Entonces
En un triángulo ABC, , cm y cm. Calcule el área del triángulo sabiendo que es menor de .
Solución
El área es .
La siguiente figura muestra el triángulo ABC, donde , y .
Sabiendo que , halle el área del triángulo.
Dé la respuesta en la forma , donde
Solución
Área del triángulo
El área del triángulo que se muestra es . La longitud del lado más corto es cm y la de los otros dos lados cm y cm.
a) Usando la fórmula del área del triángulo, escriba una expresión para en función de .
b) Usando el teorema del coseno, escriba simplificada una expresión para en función de .
c) (i) Usando sus respuestas a las partes (a) y (b), muestre que .
(ii) Calcule
a) los posibles valores de
b) Los correspondientes valores de , en radianes, usando la respuesta de (b).
Solución
a)
b)
c) (ii) a) cm cm
b) rad rad
Nota: la solución del libro da rad para , pero , es decir, rad.
En el triángulo , , y . Calcule la diferencia entre las áreas de los dos posibles triángulo para .
Solución
Diferencia de áreas
En el triángulo , cm, cm, cm y .
a) Usa el teorema del coseno para mostrar que . Considere los posibles triángulos con cm.
b) Calcule los dos valores correspondientes de .
c) Usando lo anterior, encuentre el área del triángulo más pequeño. Considere el caso donde , la longitud de , no se fija en 8 cm.
d) Determine el rango de valores de para los cuales es posible formar dos triángulos.
Solución
a) Por el teorema del coseno, , de donde .
b) cm cm
c) Área
d)
a) Halle el conjunto de valores de que satisfacen la inecuación .
b) El triángulo se muestra en la siguiente figura. Sabiendo que , halle el rango de posibles valores de .
Solución
a)
b)
En el triángulo , , y .
a) Para el caso , encuentre los dos valores posibles de .
b) Determine los valores de para los cuales las condiciones anteriores definen un triángulo único.
Solución
a)
b) o
Nota: la solución del libro da solo (triángulo rectángulo en ), pero también hay un único triángulo cuando : la ecuación tiene entonces una sola raíz positiva (para la otra raíz es 0 y no da triángulo).
Dado , con longitudes mostradas en el siguiente diagrama, encuentre la longitud del segmento de línea .
Solución
Nota: la solución del libro da , pero el valor exacto es (con y ); el libro redondea el ángulo antes de calcular.
En el triángulo ABC, , y .
a) Demuestre que .
b) Al elevar al cuadrado ambos lados de la ecuación de la parte a), resuelva la ecuación para calcular los ángulos en el triángulo.
c) Aplique el teorema de Pitágoras en el triángulo ABC para encontrar , y por lo tanto muestre que .
d) Usando lo anterior, o de otra manera, calcule la longitud de la perpendicular de B a [AC].
Solución
a) y ; como , se obtiene .
b)
c)
d) Longitud de la perpendicular
Considere un triángulo ABC donde , y . Encuentre el perímetro más pequeño posible del triángulo ABC.
Solución
Menor perímetro con 3 c.s.
Problemas de contexto (rumbos, alturas, figuras)
El siguiente diagrama tridimensional muestra cuatro puntos , , y .
, y están en el mismo plano horizontal, y es vertical.
, m, , .
Usando el teorema del coseno en el triángulo , o de cualquier otro modo, calcule .
Solución
m
La figura muestra un cono circular recto, es el centro de la base que tiene un radio de 6 cm. Los puntos y están en la circunferencia de la base del cono. La altura del cono es 8 cm y el ángulo es de .
Calcule la medida del ángulo .
Solución
Un avión de reconocimiento , volando a una altura de tres mil metros sobre el punto en la superficie del mar, ve un carguero en un ángulo de depresión de y un buque tanque en un ángulo de depresión de , como se muestra en la figura. El ángulo es .
Encuentra, al metro más cercano,
a) La distancia entre el avión y el buque tanque;
b) La distancia entre los dos barcos.
Solución
a) m
b) m
Un corredor comienza a correr desde un punto a una velocidad constante de 1 km cada 3 minutos. Corre durante 30 minutos en la dirección al noreste y durante 15 minutos en la dirección al suroeste para llegar al punto . Encuentre la distancia a la décima de kilómetro más próximo.
Solución
km
Un barco viaja de a y observa un faro en . Usando la distancia y los ángulos que se muestran en el diagrama, calcule la distancia del barco desde el punto hasta el faro en .
Solución
km
La caja rectangular mostrada en el diagrama tiene dimensiones 6 cm x 4 cm x 3 cm.
Calcule, ajustando a la décima más cercana de un grado, el tamaño del ángulo .
Solución
El diagrama tridimensional muestra los puntos y que están respectivamente en un terreno horizontal al oeste y sur-oeste de la base de una bandera vertical . Los ángulos de elevación de y con respecto a son, respectivamente, y , y m.
Determine la altura de la bandera.
Solución
m
Barry está en la cima de un acantilado, a 80 m sobre el nivel del mar, y observa dos yates en el mar. Seaview () se encuentra en un ángulo de depresión de . Nauti Buoy () se encuentra en un ángulo de depresión de . El siguiente diagrama tridimensional muestra a Barry y los dos yates en y . se encuentra al pie del acantilado y el ángulo .
Calcule, con tres cifras significativas, la distancia entre los dos yates.
Solución
El siguiente diagrama muestra un recinto triangular cercado en medio de un gran campo cubierto de hierba. Los puntos y están separados 3 m. Una cabra está atada por una cuerda de 5 m de longitud en el punto en el borde exterior del recinto. Sabiendo que la esquina del recinto en forma un ángulo de radianes y que el área de campo que puede ser alcanzado por la cabra es de 44 m, encuentre el valor de .
Solución
rad
En el diagrama que se muestra, cada paralelogramo sucesivo se forma uniendo los puntos medios de los lados del paralelogramo anterior. El paralelogramo más grande tiene lados de longitud 4.
Si el patrón mostrado es infinito, encuentre la suma de las áreas de los paralelogramos.
Solución
El granjero Bill posee un terreno rectangular de 10 m por 4 m. Bill ata una cuerda a un poste de madera situado en una esquina de su terreno, y ata el otro extremo de la cuerda a su cabra Gruff.
a) Sabiendo que la cuerda tiene una longitud de 5 m, calcule el porcentaje del terreno de Bill en el que Gruff puede pastar. Dé la respuesta aproximando al número entero más próximo.
b) Bill sustituye la cuerda de Gruff por otra que tiene una longitud , , de modo que ahora Gruff pueda pastar exactamente en la mitad del terreno de Bill. Muestre que satisface la ecuación .
c) Halle el valor de .
Solución
a) El porcentaje de terreno de pasto es
b) Demostración.
c) m
Dos discos, uno de 8 cm de radio y otro de 5 cm de radio, se colocan de tal forma que se estén tocando. Se ata un trozo de cuerda alrededor de los dos discos, tal y como se muestra en el siguiente diagrama.
Calcule la longitud de cuerda que se necesita para rodear los dos discos.
Solución
Longitud de cuerda cm
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