Iv MATU • Trigonometria

MATU_TRI_640

Examen de Admisión

25 / 1134

Enunciado

Relacione las siguientes columnas de acuerdo a las condiciones dadas:

Columna I
  1. Si $\theta + \phi = \frac{\pi}{2}$, donde $\theta$ y $\phi$ son positivos, entonces $(\sin \theta + \sin \phi) \sin\left(\frac{\pi}{4}\right)$ siempre es menor que:
  2. Si $\sin \theta - \sin \phi = a$ y $\cos \theta + \cos \phi = b$, entonces $a^2 + b^2$ no puede exceder a:
  3. Si $3 \sin \theta + 5 \cos \theta = 5$ ($\theta \neq 0$), entonces el valor de $5 \sin \theta - 3 \cos \theta$ es:


Columna II
(P) 1, (Q) 2, (R) 3, (S) 4, (T) 5

Solución Paso a Paso

Análisis para el inciso (A):
Dados $\theta + \phi = \frac{\pi}{2}$, queremos acotar la expresión $E = (\sin \theta + \sin \phi) \sin(\frac{\pi}{4})$.
Usamos la fórmula de transformación de suma a producto:
$\sin \theta + \sin \phi = 2 \sin\left(\frac{\theta+\phi}{2}\right) \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right)$
Sustituyendo $\theta + \phi = \frac{\pi}{2}$:
$\sin \theta + \sin \phi = 2 \sin\left(\frac{\pi}{4}\right) \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right)$
Entonces, la expresión es:
$E = \left[ 2 \sin\left(\frac{\pi}{4}\right) \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right) \right] \sin\left(\frac{\pi}{4}\right)$
$E = 2 \sin^2\left(\frac{\pi}{4}\right) \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right)$
Como $\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) = \frac{1}{\sqrt{2}}$, entonces $\sin^2\left(\frac{\pi}{4}\right) = \frac{1}{2}$.
$E = 2 \left(\frac{1}{2}\right) \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right) = \cos\left(\frac{\theta-\phi}{2}\right)$
Dado que el valor máximo de la función coseno es 1, y en este caso $\theta$ y $\phi$ son distintos y positivos, la expresión es siempre menor o igual a 1.
Comparando con las opciones, el valor límite superior es 1 (P).

Análisis para el inciso (B):
Dadas las ecuaciones:
1) $a = \sin \theta - \sin \phi$
2) $b = \cos \theta + \cos \phi$
Elevamos ambos miembros al cuadrado:
$a^2 = \sin^2 \theta + \sin^2 \phi - 2 \sin \theta \sin \phi$
$b^2 = \cos^2 \theta + \cos^2 \phi + 2 \cos \theta \cos \phi$
Sumamos $a^2 + b^2$:
$a^2 + b^2 = (\sin^2 \theta + \cos^2 \theta) + (\sin^2 \phi + \cos^2 \phi) + 2(\cos \theta \cos \phi - \sin \theta \sin \phi)$
$a^2 + b^2 = 1 + 1 + 2 \cos(\theta + \phi) = 2 + 2 \cos(\theta + \phi)$
$a^2 + b^2 = 2(1 + \cos(\theta + \phi))$
El valor máximo de $\cos(\theta + \phi)$ es 1. Por lo tanto:
$a^2 + b^2 \leq 2(1 + 1) = 4$
El valor que no puede exceder es 4 (S).

Análisis para el inciso (C):
Sea $x = 5 \sin \theta - 3 \cos \theta$. Tenemos el sistema:
1) $3 \sin \theta + 5 \cos \theta = 5$
2) $5 \sin \theta - 3 \cos \theta = x$
Elevamos al cuadrado y sumamos ambas ecuaciones:
$(3 \sin \theta + 5 \cos \theta)^2 + (5 \sin \theta - 3 \cos \theta)^2 = 5^2 + x^2$
Desarrollando:
$(9 \sin^2 \theta + 25 \cos^2 \theta + 30 \sin \theta \cos \theta) + (25 \sin^2 \theta + 9 \cos^2 \theta - 30 \sin \theta \cos \theta) = 25 + x^2$
$34 \sin^2 \theta + 34 \cos^2 \theta = 25 + x^2$
$34(\sin^2 \theta + \cos^2 \theta) = 25 + x^2 \Rightarrow 34 = 25 + x^2$
$x^2 = 9 \Rightarrow x = 3$ (ya que $\theta \neq 0$).
El valor es 3 (R).

Resultado: (A) $\to$ (P), (B) $\to$ (S), (C) $\to$ (R).

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