Las identidades trigonométricas son fórmulas que involucran sin, cos, 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 y cosθ, y otras cambian el ángulo de θ a 2θ o θ/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
es una identidad porque se cumple para todo θ.
En cambio,
sinθ=21
no es una identidad. Solo es verdadera para ángulos específicos.
La condición del dominio importa. Por ejemplo,
tanθ=cosθsinθ
solo es verdadera cuando cosθ=0.
Lista básica de identidades trigonométricas
Identidades recíprocas
cscθ=sinθ1,secθ=cosθ1,cotθ=tanθ1
Cada fórmula requiere que el denominador sea distinto de cero.
Identidades de cociente
tanθ=cosθsinθ,cotθ=sinθcosθ
Estas suelen ser el primer paso en problemas de simplificación porque reescriben todo en términos de sin y cos.
Identidades pitagóricas
sin2θ+cos2θ=11+tan2θ=sec2θ1+cot2θ=csc2θ
La primera identidad es el origen de las otras dos.
Identidades de paridad
sin(−θ)=−sinθ,cos(−θ)=cosθ,tan(−θ)=−tanθ
El mismo patrón se extiende a las funciones recíprocas: csc y cot son impares, mientras que sec es par.
La versión de la tangente también requiere que 1−tan2θ=0.
Identidades de ángulo mitad
Estas se obtienen al reorganizar las fórmulas de ángulo doble.
sin2θ=21−cos(2θ)cos2θ=21+cos(2θ)
Para un ángulo escrito como θ/2, las formas con raíz cuadrada son
sin(2θ)=±21−cosθcos(2θ)=±21+cosθ
El signo depende del cuadrante de θ/2, así que no se puede eliminar el ± 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 es (cosθ,sinθ). Como todo punto de esa circunferencia cumple x2+y2=1, al sustituir x=cosθ y y=sinθ se obtiene
cos2θ+sin2θ=1
Esa es la identidad pitagórica básica.
Las otras identidades pitagóricas salen al dividir
Si cosθ=0, divide
sin2θ+cos2θ=1
entre cos2θ:
cos2θsin2θ+1=cos2θ1tan2θ+1=sec2θ
Si sinθ=0, al dividir entre sin2θ se obtiene
1+cot2θ=csc2θ
Las identidades de ángulo doble salen de las fórmulas de suma de ángulos
Empieza con
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ
y haz α=β=θ:
sin(2θ)=2sinθcosθ
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
sin(2θ)1−cos(2θ)
para los ángulos donde la expresión original está definida.
Usa las identidades de ángulo doble:
1−cos(2θ)=1−(1−2sin2θ)=2sin2θ
y
sin(2θ)=2sinθcosθ
Ahora sustituye:
sin(2θ)1−cos(2θ)=2sinθcosθ2sin2θ=cosθsinθ=tanθ
Esta conclusión solo es válida donde el denominador original no es cero, así que sin(2θ)=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 o cosθ solo es válido cuando esa cantidad no es cero.
Otro error común es eliminar el ± en las fórmulas de ángulo mitad. La raíz cuadrada por sí sola no determina el signo del valor trigonométrico.
Los estudiantes también confunden sin2θ con sin(θ2). La notación sin2θ significa (sinθ)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 y cosθ.
Prueba un problema similar
Simplifica
1+cos(2θ)sin(2θ)
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.
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