Pregunta

Demuestra que \( \arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \) para todos los valores \( x \) en su dominio.

Ask by Ryan Vaughn. in Chile
Jan 24,2025

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Respuesta verificada por el tutor

Responder

Para cualquier número \( x \) entre -1 y 1, la suma de \(\arcsin(x)\) y \(\arccos(x)\) es igual a \(\frac{\pi}{2}\).

Solución

Para demostrar que \[ \arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \] para todos los valores \( x \) en su dominio, sigamos los siguientes pasos: ### **Paso 1: Determinar el dominio de las funciones** Las funciones \(\arcsin(x)\) y \(\arccos(x)\) están definidas para todos los números reales \( x \) que cumplen: \[ -1 \leq x \leq 1 \] Por lo tanto, el dominio común de ambas funciones es \( x \in [-1, 1] \). ### **Paso 2: Relación entre \(\arcsin(x)\) y \(\arccos(x)\)** Consideremos un ángulo \(\theta\) tal que: \[ \theta = \arcsin(x) \] Esto implica que: \[ \sin(\theta) = x \quad \text{y} \quad \theta \in \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] \] Sabemos que existe una relación fundamental entre el seno y el coseno: \[ \cos\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = \sin(\theta) \] Sustituyendo \(\sin(\theta) = x\): \[ \cos\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = x \] Por la definición de \(\arccos(x)\): \[ \frac{\pi}{2} - \theta = \arccos(x) \] Despejando \(\theta\): \[ \theta = \frac{\pi}{2} - \arccos(x) \] Dado que \(\theta = \arcsin(x)\), sustituimos: \[ \arcsin(x) = \frac{\pi}{2} - \arccos(x) \] ### **Paso 3: Sumando \(\arcsin(x)\) y \(\arccos(x)\)** Sumamos ambas funciones: \[ \arcsin(x) + \arccos(x) = \left(\frac{\pi}{2} - \arccos(x)\right) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \] ### **Conclusión** Hemos demostrado que para todo \( x \) en el intervalo \([-1, 1]\): \[ \arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \] Esto se cumple debido a la relación intrínseca entre las funciones trigonométricas inversas seno y coseno.

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Beyond the Answer

Para demostrar que \( \arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \), consideremos lo siguiente: definamos \( y = \arcsin(x) \). Esto significa que \( \sin(y) = x \). Ahora, como \( \arccos(x) \) es la función inversa del coseno, podemos establecer que \( \arccos(x) = z \), donde \( \cos(z) = x \). Ahora, usando la identidad fundamental de la trigonometría sabemos que: \[ \sin^2(y) + \cos^2(z) = 1 \] Sustituyendo \( \sin(y) = x \) y \( \cos(z) = x \) en la identidad, obtenemos: \[ x^2 + \cos^2(z) = 1 \] De aquí, podemos deducir que: \[ \cos^2(z) = 1 - x^2 \] Esto implica que: \[ \cos(z) = \sqrt{1 - x^2} \] Dado que tanto \( y \) como \( z \) están en el rango de \( [0, \frac{\pi}{2}] \), podemos afirmar que \( y + z = \frac{\pi}{2} \) dado que \( \sin(y) = x \) y \( \cos(z) = x \). Así, podemos decir que: \[ \arcsin(x) + \arccos(x) = \frac{\pi}{2} \] Esto concluye la demostración de que la ecuación es verdadera para todos los valores \( x \) en su dominio.

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