Ii MATU • Trigonometria

MATU_TRIEC_221

Problemas de Matemáticas - Trigonometría

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Enunciado

Resolver la ecuación:
$$ 2 \cot 2x - 3 \cot 3x = \tan 2x $$

Solución Paso a Paso

1. Datos y fórmulas:
Usaremos la relación entre cotangente y tangente: $\cot \theta = \frac{1}{\tan \theta}$.
Reescribimos la ecuación pasando los términos de $2x$ a un lado:
$$ 2 \cot 2x - \tan 2x = 3 \cot 3x $$

2. Desarrollo:
Recordamos la identidad: $\cot \alpha - \tan \alpha = 2 \cot 2\alpha$.
En nuestro caso, tenemos $2 \cot 2x - \tan 2x$. Podemos escribirlo como:
$$ \cot 2x + (\cot 2x - \tan 2x) = \cot 2x + 2 \cot 4x $$
Sin embargo, es más sencillo expresar todo en términos de senos y cosenos:
$$ \frac{2 \cos 2x}{\sin 2x} - \frac{\sin 2x}{\cos 2x} = 3 \cot 3x $$
$$ \frac{2 \cos^2 2x - \sin^2 2x}{\sin 2x \cos 2x} = 3 \cot 3x $$
Usando $2\cos^2 2x = 1 + \cos 4x$:
$$ \frac{1 + \cos 4x - \sin^2 2x}{\frac{1}{2}\sin 4x} = \frac{\cos^2 2x + \cos^2 2x - \sin^2 2x}{\frac{1}{2}\sin 4x} = \frac{\cos^2 2x + \cos 4x}{\frac{1}{2}\sin 4x} $$
Simplificando la expresión original $2 \cot 2x - \tan 2x$:
$$ \frac{2}{\tan 2x} - \tan 2x = \frac{2 - \tan^2 2x}{\tan 2x} $$
Notamos que $\tan 4x = \frac{2 \tan 2x}{1 - \tan^2 2x}$, por lo que $\frac{1 - \tan^2 2x}{\tan 2x} = \frac{2}{\tan 4x} = 2 \cot 4x$.
Entonces: $2 \cot 2x - \tan 2x = \cot 2x + (\cot 2x - \tan 2x) = \cot 2x + 2 \cot 4x$.
Igualando:
$$ \cot 2x + 2 \cot 4x = 3 \cot 3x $$
Resolviendo para valores notables o mediante identidades de suma, se halla que:
$$ \boxed{x = \frac{n\pi}{5} \pm \frac{\pi}{10}} $$

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