Iv
MATU • Trigonometria
MATU_TRI_244
Examen de admisión
Enunciado
Simplificar la expresión:
$$ \sqrt{1 + \cos 2\alpha} + \sqrt{1 - \cos 2\alpha} + \sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha) $$
Para los diferentes intervalos de $\alpha$ en una revolución completa ($2\pi k$).
$$ \sqrt{1 + \cos 2\alpha} + \sqrt{1 - \cos 2\alpha} + \sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha) $$
Para los diferentes intervalos de $\alpha$ en una revolución completa ($2\pi k$).
Solución Paso a Paso
1. Datos del problema:
$E = \sqrt{1 + \cos 2\alpha} + \sqrt{1 - \cos 2\alpha} + \sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha)$.
2. Propiedades usadas:
3. Desarrollo paso a paso:
Sustituyendo las identidades:
$$ E = \sqrt{2}|\cos \alpha| + \sqrt{2}|\sin \alpha| + \sqrt{2}\sin \alpha + \sqrt{2}\cos \alpha $$
Factorizando $\sqrt{2}$:
$$ E = \sqrt{2} ( |\cos \alpha| + |\sin \alpha| + \sin \alpha + \cos \alpha ) $$
Analizamos por cuadrantes:
$E = \sqrt{2}(\cos \alpha + \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha)$.
$E = \sqrt{2}(-\cos \alpha + \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}\sin \alpha$.
$E = \sqrt{2}(-\cos \alpha - \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 0$.
$E = \sqrt{2}(\cos \alpha - \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}\cos \alpha$.
4. Conclusión:
La expresión simplificada se comporta como una función por partes.
$$ \boxed{ E = \begin{cases} 2\sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha) & \text{si } 2\pi k \le \alpha \le \frac{\pi}{2} + 2\pi k \\ 2\sqrt{2}\sin \alpha & \text{si } \frac{\pi}{2} + 2\pi k < \alpha < \pi + 2\pi k \\ 0 & \text{si } \pi + 2\pi k \le \alpha \le \frac{3\pi}{2} + 2\pi k \\ 2\sqrt{2}\cos \alpha & \text{si } \frac{3\pi}{2} + 2\pi k < \alpha < 2\pi + 2\pi k \end{cases} $$
$E = \sqrt{1 + \cos 2\alpha} + \sqrt{1 - \cos 2\alpha} + \sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha)$.
2. Propiedades usadas:
- Identidades de reducción de potencia: $1 + \cos 2\alpha = 2\cos^2 \alpha$ y $1 - \cos 2\alpha = 2\sin^2 \alpha$.
- Raíz cuadrada: $\sqrt{2\cos^2 \alpha} = \sqrt{2}|\cos \alpha|$ y $\sqrt{2\sin^2 \alpha} = \sqrt{2}|\sin \alpha|$.
3. Desarrollo paso a paso:
Sustituyendo las identidades:
$$ E = \sqrt{2}|\cos \alpha| + \sqrt{2}|\sin \alpha| + \sqrt{2}\sin \alpha + \sqrt{2}\cos \alpha $$
Factorizando $\sqrt{2}$:
$$ E = \sqrt{2} ( |\cos \alpha| + |\sin \alpha| + \sin \alpha + \cos \alpha ) $$
Analizamos por cuadrantes:
- I C ($0 \le \alpha \le \pi/2$): $\sin \alpha \ge 0, \cos \alpha \ge 0$.
$E = \sqrt{2}(\cos \alpha + \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha)$.
- II C ($\pi/2 < \alpha < \pi$): $\sin \alpha > 0, \cos \alpha < 0$.
$E = \sqrt{2}(-\cos \alpha + \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}\sin \alpha$.
- III C ($\pi \le \alpha \le 3\pi/2$): $\sin \alpha \le 0, \cos \alpha \le 0$.
$E = \sqrt{2}(-\cos \alpha - \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 0$.
- IV C ($3\pi/2 < \alpha < 2\pi$): $\sin \alpha < 0, \cos \alpha > 0$.
$E = \sqrt{2}(\cos \alpha - \sin \alpha + \sin \alpha + \cos \alpha) = 2\sqrt{2}\cos \alpha$.
4. Conclusión:
La expresión simplificada se comporta como una función por partes.
$$ \boxed{ E = \begin{cases} 2\sqrt{2}(\sin \alpha + \cos \alpha) & \text{si } 2\pi k \le \alpha \le \frac{\pi}{2} + 2\pi k \\ 2\sqrt{2}\sin \alpha & \text{si } \frac{\pi}{2} + 2\pi k < \alpha < \pi + 2\pi k \\ 0 & \text{si } \pi + 2\pi k \le \alpha \le \frac{3\pi}{2} + 2\pi k \\ 2\sqrt{2}\cos \alpha & \text{si } \frac{3\pi}{2} + 2\pi k < \alpha < 2\pi + 2\pi k \end{cases} $$