Las identidades trigonométricas son fórmulas que involucran sin\sin, cos\cos, tan\tan y funciones relacionadas, y que son verdaderas para todo ángulo donde ambos lados están definidos. Si buscas las identidades trigonométricas estándar que se usan en álgebra, precálculo y cálculo inicial, la lista básica incluye las identidades recíprocas, de cociente, pitagóricas, de paridad, de cofunción, de suma y diferencia, de ángulo doble y de ángulo mitad.

La forma más rápida de recordarlas es agruparlas según su propósito. Algunas reescriben una función trigonométrica en términos de otra, otras conectan sinθ\sin \theta y cosθ\cos \theta, y otras cambian el ángulo de θ\theta a 2θ2\theta o θ/2\theta/2.

¿Qué hace que una ecuación sea una identidad trigonométrica?

Una identidad es verdadera para todo ángulo de su dominio. Por ejemplo,

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1

es una identidad porque se cumple para todo θ\theta.

En cambio,

sinθ=12\sin \theta = \frac{1}{2}

no es una identidad. Solo es verdadera para ángulos específicos.

La condición del dominio importa. Por ejemplo,

tanθ=sinθcosθ\tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}

solo es verdadera cuando cosθ0\cos \theta \neq 0.

Lista básica de identidades trigonométricas

Identidades recíprocas

cscθ=1sinθ,secθ=1cosθ,cotθ=1tanθ\csc \theta = \frac{1}{\sin \theta}, \qquad \sec \theta = \frac{1}{\cos \theta}, \qquad \cot \theta = \frac{1}{\tan \theta}

Cada fórmula requiere que el denominador sea distinto de cero.

Identidades de cociente

tanθ=sinθcosθ,cotθ=cosθsinθ\tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}, \qquad \cot \theta = \frac{\cos \theta}{\sin \theta}

Estas suelen ser el primer paso en problemas de simplificación porque reescriben todo en términos de sin\sin y cos\cos.

Identidades pitagóricas

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1 1+tan2θ=sec2θ1 + \tan^2 \theta = \sec^2 \theta 1+cot2θ=csc2θ1 + \cot^2 \theta = \csc^2 \theta

La primera identidad es el origen de las otras dos.

Identidades de paridad

sin(θ)=sinθ,cos(θ)=cosθ,tan(θ)=tanθ\sin(-\theta) = -\sin \theta, \qquad \cos(-\theta) = \cos \theta, \qquad \tan(-\theta) = -\tan \theta

El mismo patrón se extiende a las funciones recíprocas: csc\csc y cot\cot son impares, mientras que sec\sec es par.

Identidades de cofunción

sin(π2θ)=cosθ\sin\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \cos \theta cos(π2θ)=sinθ\cos\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \sin \theta tan(π2θ)=cotθ\tan\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \cot \theta

Estas provienen de los ángulos complementarios.

Identidades de suma y diferencia

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta sin(αβ)=sinαcosβcosαsinβ\sin(\alpha - \beta) = \sin \alpha \cos \beta - \cos \alpha \sin \beta cos(α+β)=cosαcosβsinαsinβ\cos(\alpha + \beta) = \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \beta cos(αβ)=cosαcosβ+sinαsinβ\cos(\alpha - \beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \beta tan(α+β)=tanα+tanβ1tanαtanβ\tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan \alpha + \tan \beta}{1 - \tan \alpha \tan \beta} tan(αβ)=tanαtanβ1+tanαtanβ\tan(\alpha - \beta) = \frac{\tan \alpha - \tan \beta}{1 + \tan \alpha \tan \beta}

En las fórmulas de la tangente, el denominador debe ser distinto de cero.

Identidades de ángulo doble

Haz α=β=θ\alpha = \beta = \theta en las fórmulas de suma de ángulos.

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2 \sin \theta \cos \theta cos(2θ)=cos2θsin2θ\cos(2\theta) = \cos^2 \theta - \sin^2 \theta cos(2θ)=2cos2θ1\cos(2\theta) = 2\cos^2 \theta - 1 cos(2θ)=12sin2θ\cos(2\theta) = 1 - 2\sin^2 \theta tan(2θ)=2tanθ1tan2θ\tan(2\theta) = \frac{2\tan \theta}{1 - \tan^2 \theta}

La versión de la tangente también requiere que 1tan2θ01 - \tan^2 \theta \neq 0.

Identidades de ángulo mitad

Estas se obtienen al reorganizar las fórmulas de ángulo doble.

sin2θ=1cos(2θ)2\sin^2 \theta = \frac{1 - \cos(2\theta)}{2} cos2θ=1+cos(2θ)2\cos^2 \theta = \frac{1 + \cos(2\theta)}{2}

Para un ángulo escrito como θ/2\theta/2, las formas con raíz cuadrada son

sin(θ2)=±1cosθ2\sin\left(\frac{\theta}{2}\right) = \pm \sqrt{\frac{1 - \cos \theta}{2}} cos(θ2)=±1+cosθ2\cos\left(\frac{\theta}{2}\right) = \pm \sqrt{\frac{1 + \cos \theta}{2}}

El signo depende del cuadrante de θ/2\theta/2, así que no se puede eliminar el ±\pm sin más.

De dónde salen las principales identidades trigonométricas

La circunferencia unitaria da la primera identidad pitagórica

En la circunferencia unitaria, el punto correspondiente al ángulo θ\theta es (cosθ,sinθ)(\cos \theta, \sin \theta). Como todo punto de esa circunferencia cumple x2+y2=1x^2 + y^2 = 1, al sustituir x=cosθx = \cos \theta y y=sinθy = \sin \theta se obtiene

cos2θ+sin2θ=1\cos^2 \theta + \sin^2 \theta = 1

Esa es la identidad pitagórica básica.

Las otras identidades pitagóricas salen al dividir

Si cosθ0\cos \theta \neq 0, divide

sin2θ+cos2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1

entre cos2θ\cos^2 \theta:

sin2θcos2θ+1=1cos2θ\frac{\sin^2 \theta}{\cos^2 \theta} + 1 = \frac{1}{\cos^2 \theta} tan2θ+1=sec2θ\tan^2 \theta + 1 = \sec^2 \theta

Si sinθ0\sin \theta \neq 0, al dividir entre sin2θ\sin^2 \theta se obtiene

1+cot2θ=csc2θ1 + \cot^2 \theta = \csc^2 \theta

Las identidades de ángulo doble salen de las fórmulas de suma de ángulos

Empieza con

sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ\sin(\alpha + \beta) = \sin \alpha \cos \beta + \cos \alpha \sin \beta

y haz α=β=θ\alpha = \beta = \theta:

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta

Las identidades de ángulo doble para el coseno y la tangente se derivan de la misma manera.

Ejemplo resuelto: simplificar una expresión de ángulo doble

Simplifica

1cos(2θ)sin(2θ)\frac{1 - \cos(2\theta)}{\sin(2\theta)}

para los ángulos donde la expresión original está definida.

Usa las identidades de ángulo doble:

1cos(2θ)=1(12sin2θ)=2sin2θ1 - \cos(2\theta) = 1 - \left(1 - 2\sin^2 \theta\right) = 2\sin^2 \theta

y

sin(2θ)=2sinθcosθ\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta

Ahora sustituye:

1cos(2θ)sin(2θ)=2sin2θ2sinθcosθ=sinθcosθ=tanθ\frac{1 - \cos(2\theta)}{\sin(2\theta)} = \frac{2\sin^2 \theta}{2\sin \theta \cos \theta} = \frac{\sin \theta}{\cos \theta} = \tan \theta

Esta conclusión solo es válida donde el denominador original no es cero, así que sin(2θ)0\sin(2\theta) \neq 0. Esa condición importa porque al cancelar un factor se pueden ocultar valores que estaban excluidos desde el principio.

Errores comunes con las identidades trigonométricas

Ignorar las restricciones del dominio es el error que más problemas causa. Dividir entre sinθ\sin \theta o cosθ\cos \theta solo es válido cuando esa cantidad no es cero.

Otro error común es eliminar el ±\pm en las fórmulas de ángulo mitad. La raíz cuadrada por sí sola no determina el signo del valor trigonométrico.

Los estudiantes también confunden sin2θ\sin^2 \theta con sin(θ2)\sin(\theta^2). La notación sin2θ\sin^2 \theta significa (sinθ)2(\sin \theta)^2.

Cuándo se usan las identidades trigonométricas

Las identidades trigonométricas aparecen siempre que necesitas reescribir una expresión en una forma más útil. Eso incluye simplificar ejercicios, demostrar que dos expresiones son iguales, resolver ecuaciones trigonométricas y prepararte para temas de cálculo como la integración.

En la práctica, muchos problemas se vuelven más fáciles una vez que todo se reescribe en términos de sinθ\sin \theta y cosθ\cos \theta.

Prueba un problema similar

Simplifica

sin(2θ)1+cos(2θ)\frac{\sin(2\theta)}{1 + \cos(2\theta)}

usando identidades de ángulo doble, y ten presente la condición de dominio de la expresión original. Si quieres dar un paso más, compara tu resultado con tanθ\tan \theta.

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