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v1 · padrão canônico

Lección 13 — Funciones trigonométricas

Gráficas de sin, cos, tan. Periodicidad, amplitud, fase, frecuencia. Modelización de fenómenos periódicos.

Used in: 1.º ano EM · Física (ondas) · Engenharia (sinais)

y(t)=Asin(ωt+φ)+ky(t) = A \sin(\omega t + \varphi) + k
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Definición y parámetros

Función senoidal generalizada

Para y(t)=Asin(ωt+φ)+ky(t) = A \sin(\omega t + \varphi) + k con A,ω>0A, \omega > 0:

  • Amplitud AA: distancia del eje medio a los picos. Imagen: [kA,k+A][k - A, k + A].
  • Frecuencia angular ω\omega: velocidad de oscilación. Periodo T=2π/ωT = 2\pi/\omega. Frecuencia f=1/T=ω/(2π)f = 1/T = \omega/(2\pi).
  • Fase inicial φ\varphi: desplazamiento horizontal. yy alcanza su máximo cuando ωt+φ=π/2\omega t + \varphi = \pi/2.
  • Desplazamiento vertical kk: medio de la gráfica.
sin xcos xπ

Gráficas de sin x (azul) y cos x (naranja). Desfasadas en π/2. Ambas tienen amplitud 1 y periodo 2π.

Gráfica de tanx\tan x

Periodo π\pi, con asíntotas verticales en x=π/2+kπx = \pi/2 + k\pi (donde cosx=0\cos x = 0). Imagen: R\mathbb{R}. Creciente en cada periodo.

Exercise list

40 exercises · 10 with worked solution (25%)

Application 20Understanding 4Modeling 12Challenge 2Proof 2
  1. Ex. 13.1Application
    Esboza y=2sinxy = 2\sin x en el intervalo [0,2π][0, 2\pi]. Identifica amplitud y periodo.
  2. Ex. 13.2Application
    Esboza y=sin(2x)y = \sin(2x). ¿Periodo?
  3. Ex. 13.3Application
    Esboza y=cos(x/2)y = \cos(x/2). ¿Periodo?
  4. Ex. 13.4Application
    Esboza y=sin(xπ/4)y = \sin(x - \pi/4). ¿Desfase?
  5. Ex. 13.5Application
    Esboza y=3sinx+1y = 3\sin x + 1. Identifica la imagen.
  6. Ex. 13.6Application
    Identifica amplitud, periodo y fase en y=4sin(3xπ)y = 4\sin(3x - \pi).
  7. Ex. 13.7ApplicationAnswer key
    Identifica la imagen de y=2cos(x)1y = 2\cos(x) - 1.
  8. Ex. 13.8Application
    Para y=sin(πt)y = \sin(\pi t), ¿cuál es el periodo en segundos?
  9. Ex. 13.9Application
    Para y=cos(2πt/T)y = \cos(2\pi t/T), demuestra que el periodo es TT.
  10. Ex. 13.10ApplicationAnswer key
    Esboza y=tanxy = \tan x en (π/2,π/2)(-\pi/2, \pi/2).
  11. Ex. 13.11Application
    Resuelve sinx=1/2\sin x = 1/2 en [0,2π)[0, 2\pi).
  12. Ex. 13.12Application
    Resuelve cosx=0\cos x = 0 en [0,2π)[0, 2\pi).
  13. Ex. 13.13Application
    Resuelve tanx=1\tan x = 1 en [0,2π)[0, 2\pi).
  14. Ex. 13.14Application
    Resuelve sinx=2/2\sin x = -\sqrt 2/2 en [0,2π)[0, 2\pi).
  15. Ex. 13.15Application
    Resuelve cos(2x)=1/2\cos(2x) = 1/2 en [0,2π)[0, 2\pi).
  16. Ex. 13.16Application
    Resuelve sinx=cosx\sin x = \cos x en [0,2π)[0, 2\pi).
  17. Ex. 13.17ApplicationAnswer key
    Resuelve 2sinx1=02\sin x - 1 = 0 en [0,2π)[0, 2\pi).
  18. Ex. 13.18Application
    Resuelve sin2x=1/4\sin^2 x = 1/4 en [0,2π)[0, 2\pi).
  19. Ex. 13.19Application
    Resuelve sin(x+π/3)=1/2\sin(x + \pi/3) = 1/2 en [0,2π)[0, 2\pi).
  20. Ex. 13.20ApplicationAnswer key
    Resuelve tan(2x)=3\tan(2x) = \sqrt{3} en [0,2π)[0, 2\pi).
  21. Ex. 13.21Modeling
    La marea en Cádiz oscila entre 0,5 m y 2,5 m con periodo 12 h. Modela la altura h(t)h(t).
  22. Ex. 13.22ModelingAnswer key
    Tensión de la red eléctrica española: V(t)=325sin(100πt)V(t) = 325 \sin(100\pi t). ¿Tensión eficaz?
  23. Ex. 13.23Modeling
    La altura de la cabina de una noria (radio 10 m, eje a 12 m del suelo) gira 1 vuelta cada 4 min. Modela h(t)h(t).
  24. Ex. 13.24ModelingAnswer key
    Un sonido puro de 440 Hz tiene p(t)=Asin(880πt)p(t) = A \sin(880\pi t). ¿Cuántas oscilaciones en 1 segundo?
  25. Ex. 13.25ModelingAnswer key
    La temperatura media mensual en Madrid oscila entre 5°C (enero) y 25°C (julio). Modela T(m)T(m) con mm en meses.
  26. Ex. 13.26Modeling
    Un péndulo de longitud 1 m oscila con ω=g/L\omega = \sqrt{g/L}. Para g=9,81g = 9{,}81, ¿cuál es el periodo?
  27. Ex. 13.27Modeling
    Sistema masa-muelle: m=0,5m = 0{,}5 kg, k=50k = 50 N/m. Frecuencia natural ω=k/m\omega = \sqrt{k/m}. Calcúlala.
  28. Ex. 13.28Modeling
    En mecánica vibratoria, x(t)=5sin(2πt)x(t) = 5 \sin(2\pi t) cm. ¿Velocidad máxima? (Resp.: 10π10\pi cm/s.)
  29. Ex. 13.29Modeling
    Mareas bajo influencia solo lunar: periodo T=12T = 12 h 2525 min. ¿Frecuencia?
  30. Ex. 13.30Modeling
    Una estrella cefeida varía el brillo con T=5,4T = 5{,}4 días y amplitud 0,8 magnitudes alrededor de una media de 4,5 mag. Modela m(t)m(t).
  31. Ex. 13.31Modeling
    La profundidad de inmersión de un submarino oscila como d(t)=100+30sin(πt/30)d(t) = 100 + 30 \sin(\pi t/30) m. ¿Profundidad máxima y mínima? ¿Periodo?
  32. Ex. 13.32ModelingAnswer key
    En GPS, señal portadora de 1.575 MHz. ¿Periodo en segundos?
  33. Ex. 13.33Understanding
    Demuestra que sinx+sin(x+2π/3)+sin(x+4π/3)=0\sin x + \sin(x + 2\pi/3) + \sin(x + 4\pi/3) = 0 para todo xx. (Resultado detrás de los motores trifásicos.)
  34. Ex. 13.34UnderstandingAnswer key
    Esboza y=sinx+sin3xy = \sin x + \sin 3x. (Lecciones de Fourier — sumar armónicos.)
  35. Ex. 13.35Understanding
    Demuestra que Asin(ωt)+Bcos(ωt)=A2+B2sin(ωt+φ)A \sin(\omega t) + B \cos(\omega t) = \sqrt{A^2 + B^2} \sin(\omega t + \varphi) con tanφ=B/A\tan\varphi = B/A.
  36. Ex. 13.36Understanding
    Verifica: sinx+sin(x+π)=0\sin x + \sin(x + \pi) = 0.
  37. Ex. 13.37Challenge
    Resuelve sin2x3sinx+2=0\sin^2 x - 3\sin x + 2 = 0 en [0,2π)[0, 2\pi). (Usa u=sinxu = \sin x.)
  38. Ex. 13.38ChallengeAnswer key
    Resuelve 2sin2x+sinx1=02\sin^2 x + \sin x - 1 = 0 en [0,2π)[0, 2\pi).
  39. Ex. 13.39Proof
    Demuestra cos(2x)=12sin2x\cos(2x) = 1 - 2\sin^2 x.
  40. Ex. 13.40Proof
    Demuestra que sin(x+2π)=sinx\sin(x + 2\pi) = \sin x usando el círculo trigonométrico.

Fuentes de esta lección

Updated on 2026-04-30 · Author(s): Clube da Matemática

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