Coseno

En matemáticas , particularmente en trigonometría , dado un triángulo rectángulo , el coseno de uno de los dos ángulos internos adyacentes a la hipotenusa se define como la relación entre las longitudes del cateto adyacente al ángulo y de la hipotenusa .
De manera más general, el coseno de un ángulo , expresada en grados o radianes , es una cantidad que depende solo de , construido utilizando la circunferencia de la unidad .
Definiendo como el valor del coseno en el ángulo , obtenemos la función coseno, una función trigonométrica de fundamental importancia en el análisis matemático .
Podría afirmarse además que el coseno es la abscisa del extremo calculado con respecto a su unidad de radio (de la circunferencia goniométrica ) De esto se puede deducir que:
- para valores entre 0º y 90º el coseno del punto disminuye;
- para valores entre 90º y 180º el coseno del punto disminuye;
- para valores entre 180º y 270º el coseno del punto aumenta;
- para valores entre 270º y 360º el coseno del punto aumenta.
Definición
En el triángulo rojo de la figura, el coseno de es dado por
De manera más general, el coseno se define tomando una circunferencia de radio unitario y el rayo que sale del origen y forma un ángulo. con el eje de abscisas como en la figura. El coseno del ángulo por lo tanto, se define como el valor de la coordenada del punto de intersección entre el primer rayo y la circunferencia (en la figura, es la longitud del segmento ).
La siguiente tabla enumera los principales valores notables asumidos por la función coseno: [1] [2]
en radianes | 0 | ||||||||||
en grados | 0 ° | 15 ° | 18 ° | 30 ° | 45 ° | 60 ° | 75 ° | 90 ° | 180 ° | 270 ° | 360 ° |
Hay una definición más amplia de coseno en relación con las rotaciones: el coseno de un ángulo es el componente a lo largo del eje de abscisas de la unidad vectorial , vector de unidad de eje , girado por .
Función coseno
La función coseno se define asociándola con el coseno del ángulo (representado en radianes), y se indica con . Siempre y cuando Y definir el mismo ángulo para cualquier entero , la función coseno es una función periódica de período La curva de la gráfica de esta función se llama cosinusoide . [3] El conjunto de variabilidad de la función coseno es , es decir, aplicando esta función a cualquier número real siempre obtenemos un número real entre Y , extremos incluidos.
Coseno y seno
Entre seno y coseno existe la relación fundamental, llamada la primera relación fundamental (o ley) de la trigonometría: [4]
que es una consecuencia del teorema de Pitágoras .
Propiedades analíticas del coseno
La derivada de la función coseno es la opuesta a la función seno. [5] [6] . Es decir, tenemos:
Esto se puede demostrar aplicando una fórmula de prostaféresis para calcular el límite de la relación incremental del coseno:
- [7] .
La segunda derivada del coseno es la función en sí cambiada de signo:
por lo tanto, la función coseno (así como la función seno ) resuelve la ecuación diferencial
- ,
que describe el movimiento de un oscilador armónico libre ideal.
La función coseno es una función derivada equilimitada (de hecho, tenemos para cada ), por lo que es analítico ; su expansión de la serie Taylor es: [8]
para cada verdadero.
En el análisis matemático, esta igualdad se usa a menudo para definir el coseno. La misma serie define el coseno como una función holomórfica en todo el plano complejo .
El primitivo del coseno es el seno, es decir:
Ecuaciones fundamentales relativas al coseno
Se aplica la siguiente fórmula de suma (y resta ) de arco :
y en particular la fórmula de duplicación
La fórmula de bisección del coseno es: [9]
Las siguientes son las fórmulas de prostaféresis relacionadas con el coseno:
La cadena de desigualdades también se aplica:
Demostración |
---|
Considere la circunferencia de la unidad y déjela ser , como se muestra en la figura. Dibuja el rayo que sale del origen que forma un ángulo. (en sentido antihorario) con respecto al semieje positivo de la abscisa. Entonces las coordenadas del punto de intersección del rayo con la circunferencia son . Dibuja el segmento que se une al punto . También ser el punto de intersección entre el rayo y la línea de abscisas (eje de tangentes). tiene coordenadas . Observamos que el triángulo está estrictamente encerrado en el sector circular , que a su vez está estrechamente encerrado en el triángulo . Entonces se aplica la desigualdad de las áreas respectivas (recuerde que es el ángulo, expresado en radianes ): o De la primera parte de la desigualdad se sigue que , mientras se manipula el segundo, es decir, dividiendo por (que es posible porque ), tenemos eso: o donde finalmente se multiplicó por y para , que conserva la dirección de la desigualdad porque ambos son positivos. Resumiendo los resultados,
QED . |
También hay una identidad trigonométrica que relaciona la función coseno con la función tangente :
- [10] .
Esta identidad, llamada fórmula paramétrica , es de fundamental importancia en la resolución de ecuaciones goniométricas en las que lo desconocido aparece como argumento tanto de un seno como de un coseno (o de funciones derivadas de estos). Existe, de hecho, una identidad análoga con respecto a la mama, que permite la resolución de la ecuación en lo desconocido. . De manera similar, esta relación se puede aprovechar para el cálculo de las primitivas de funciones goniométricas.
Definiciones relacionadas
El recíproco del coseno (definido donde el coseno es distinto de cero) es la secante : [11]
La función coseno es inyectiva en el intervalo y por lo tanto tiene una inversa , llamada arcocoseno (denotado por o con que retoma la notación de la función inversa ). [12]
Otras propiedades
De la fórmula de Euler se puede deducir que la función coseno está relacionada con la función exponencial y con la función coseno hiperbólico . De hecho, para cualquier número real Si tu tienes
En el análisis complejo , aplicando el teorema de factorización de Weierstrass a la función coseno, se puede expresar como un producto infinito , utilizando la siguiente fórmula que se aplica a cualquier número complejo
Otro producto infinito relaciona el seno y el coseno:
También existe una relación entre la función coseno y la función Gamma dada por la siguiente integral definida, válida para : [13]
Finalmente, usando la fórmula de la fracción continua de Euler es posible expresar la función coseno en forma de fracción continua : [14]
Origen del nombre
El término coseno proviene del latín complementario sinus "seno del complementario (ángulo)". [15] De hecho, para ángulos entre y , el coseno de un ángulo es el seno del ángulo complementario , es decir
Esta relación, que se obtiene a partir de la suma de fórmulas de arcos, es válida para todo ; sin embargo, la noción geométrica de ángulo complementario se aplica solo a ángulos positivos y, por lo tanto, se incluye entre y .
El origen del nombre seno (en el sentido de la bahía ) a su vez se remonta a una traducción incorrecta de un término árabe.
Nota
- ^ Valores de funciones goniométricas , en youmath.it , YouMath. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ EjercicioMatica.com , https://www.esercizimatematica.com/tabella-seno-coseno-con-tutti-gli-angoli/ .
- ^ cosinusoide , en Dictionary of Physical Sciences , Treccani, 1996. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ Fórmulas trigonométricas , en youmath.it , YouMath. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ Derivada del coseno , en youmath.it , YouMath. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti. Math Blu-Volume 5 , Ghisetti y Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 . p.283
- ^ .El último paso hace uso del límite notable :
- ^ Carla Maderna y Paolo Maurizio Soardi, Lecciones de análisis matemático , CittàStudi Edizioni - Milán, 1995, ISBN 88-251-7090-4 . p.238
- ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti. Math Blu-Volume 4 , Ghisetti y Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0432-7 . p.245
- ^ De hecho tenemos, en virtud de la unidad goniométrica y dividiendo por (siempre que no sea nulo), la identidad
- .
- ^ secante , en Enciclopedie online , Treccani. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ arcocoséno , en Enciclopedie online , Treccani. Consultado el 19 de octubre de 2016 .
- ^ Wolfram Mathworld - Cosine , en mathworld.wolfram.com . Consultado el 9 de abril de 2020.
- ^ Mauro Fiorentini - Funciones expresadas a través de fracciones continuas , en bitman.name . Consultado el 10 de abril de 2020 .
- ^ coseno en "Diccionario de Ciencias Físicas"
Bibliografía
- C. Maderna y Soardi PM, lecciones de Matemáticas, Ediciones CittàStudi - Milán, 1995, ISBN 88-251-7090-4 .
- Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti. Math Blu-Volume 5 , Ghisetti y Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 .
- Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti. Math Blu-Volume 4 , Ghisetti y Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0432-7 .
Artículos relacionados
- Mama (matemáticas)
- Ley del coseno
- Cosinusoide
- Funcion trigonometrica
- Tangente (matemáticas)
- Arccosine
- Circunferencia del transportador
- Fórmula de Euler
- Fórmulas de duplicación
- Fórmulas de bisección
- Fórmulas de prostaféresis
- Fórmulas de Werner
- Función periódica
- Función alterna
- Coseno hiperbólico
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