I
MATU • Trigonometria
MATU_TRI_326
Guía de ejercicios
Enunciado
Paso 1:
Demostrar que $\sec^2 \theta + \csc^2 \theta \ge 4$.
Demostrar que $\sec^2 \theta + \csc^2 \theta \ge 4$.
Solución Paso a Paso
1. Convertir a senos y cosenos:
$$ \sec^2 \theta + \csc^2 \theta = \frac{1}{\cos^2 \theta} + \frac{1}{\sin^2 \theta} = \frac{\sin^2 \theta + \cos^2 \theta}{\sin^2 \theta \cos^2 \theta} $$
$$ = \frac{1}{\sin^2 \theta \cos^2 \theta} $$
2. Usar identidad del ángulo doble:
Recordamos que $\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta$, por lo que $\sin \theta \cos \theta = \frac{\sin 2\theta}{2}$.
Elevando al cuadrado: $\sin^2 \theta \cos^2 \theta = \frac{\sin^2 2\theta}{4}$.
3. Sustituir:
$$ \frac{1}{\frac{\sin^2 2\theta}{4}} = \frac{4}{\sin^2 2\theta} $$
4. Acotación:
Sabemos que $\sin^2 2\theta \le 1$, entonces su recíproco $\frac{1}{\sin^2 2\theta} \ge 1$. Multiplicando por 4:
$$ \frac{4}{\sin^2 2\theta} \ge 4 $$
$$ \boxed{\sec^2 \theta + \csc^2 \theta \ge 4} $$
$$ \sec^2 \theta + \csc^2 \theta = \frac{1}{\cos^2 \theta} + \frac{1}{\sin^2 \theta} = \frac{\sin^2 \theta + \cos^2 \theta}{\sin^2 \theta \cos^2 \theta} $$
$$ = \frac{1}{\sin^2 \theta \cos^2 \theta} $$
2. Usar identidad del ángulo doble:
Recordamos que $\sin(2\theta) = 2\sin \theta \cos \theta$, por lo que $\sin \theta \cos \theta = \frac{\sin 2\theta}{2}$.
Elevando al cuadrado: $\sin^2 \theta \cos^2 \theta = \frac{\sin^2 2\theta}{4}$.
3. Sustituir:
$$ \frac{1}{\frac{\sin^2 2\theta}{4}} = \frac{4}{\sin^2 2\theta} $$
4. Acotación:
Sabemos que $\sin^2 2\theta \le 1$, entonces su recíproco $\frac{1}{\sin^2 2\theta} \ge 1$. Multiplicando por 4:
$$ \frac{4}{\sin^2 2\theta} \ge 4 $$
$$ \boxed{\sec^2 \theta + \csc^2 \theta \ge 4} $$