Constantes trigonométricas expresadas en radicales reales

Trigonometría
Referencias
Constantes exactas ·Tablas
·Circunferencia goniométrica
Funciones, leyes y teoremas
Funciones e (inversas)
·Senos ·Cosenos ·Tangentes ·Cotangentes
·Teorema de Pitágoras·Identidades y fórmulas de trigonometría
Cálculo infinitesimal
Sustitución trigonométrica ·Integrales de funciones directas (e inversas) ·Derivadas
Temas relacionados
Temas ·Historia ·Usos·Trigonometría generalizada
Ángulos primarios en la forma (cos, sen) en la circunferencia goniométrica, múltiplos de 30 y 45 grados

Las expresiones algebraicas exactas de valores trigonométricos pueden ser útiles principalmente para obtener soluciones en forma de radicales que permiten simplificar determinados resultados.

Todos los números trigonométricos (senos o cosenos de submúltiplos racionales de 360°) son números algebraicos (es decir, soluciones de ecuaciones algebraicas con coeficientes enteros). Además, pueden expresarse en términos de radicales de números complejos; pero no todos ellos pueden expresarse en términos de radicales reales. Cuando lo son, se pueden expresar más específicamente en términos de raíces cuadradas.

Todos los valores de los senos, cosenos y tangentes de los ángulos en incrementos de 3° se pueden expresar en términos de raíces cuadradas, usando identidades (como las del ángulo mitad, las del ángulo doble y las de las sumas y restas de ángulos) y usando los valores conocidos para 0°, 30°, 36°, y 45°. Para un ángulo de un número entero de grados que no es múltiplo de 3° (π/60 radianes), los valores de seno, coseno y tangente no se pueden expresar en términos de radicales reales.

Según el teorema de Niven, los únicos valores racionales de la función seno para los que el argumento es un número racional de grados son 0, 1/2, 1, −1/2 y −1.

Según el teorema de Baker, si el valor de un seno, un coseno o una tangente es algebraico, entonces el ángulo es un número racional de grados o un número trascendente de grados. Es decir, si el ángulo es un número de grados algebraico, pero no racional, todas las funciones trigonométricas tienen valores trascendentes.

Alcance de este artículo[editar]

La lista de este artículo está incompleta en varios sentidos. Primero, las funciones trigonométricas de todos los ángulos que son múltiplos enteros de los dados también pueden expresarse en radicales, pero algunos se omiten aquí.

En segundo lugar, siempre es posible aplicar la fórmula del ángulo mitad para encontrar una expresión en radicales para una función trigonométrica de la mitad de cualquier ángulo de la lista, aplicando sucesivamente este procedimiento las veces que se desee.

En tercer lugar, existen expresiones en radicales reales para una función trigonométrica de un múltiplo racional de π si y solo si el denominador del múltiplo racional completamente reducido es una potencia de 2 por sí mismo o el producto de una potencia de 2 con el producto de números de Fermat distintos, de los cuales los conocidos son 3, 5, 17, 257 y 65537.

En cuarto lugar, este artículo solo se ocupa de los valores de las funciones trigonométricas cuando la expresión puede obtenerse en radicales reales, es decir, en raíces de números reales. Muchos otros valores de funciones trigonométricas se pueden expresar, por ejemplo, en raíces cúbicas de números complejos que no se pueden reescribir en términos de raíces de números reales. Por ejemplo, los valores de la función trigonométrica de cualquier ángulo que sea un tercio de un ángulo θ considerado en este artículo se pueden expresar en raíces cúbicas y raíces cuadradas usando fórmula de la ecuación cúbica para resolver

pero, en general, la solución para el coseno de un tercio de un ángulo implica usar la raíz cúbica de un número complejo (en el denominado casus irreducibilis).

En la práctica, todos los valores de senos, cosenos y tangentes que no se encuentran en este artículo se aproximan utilizando las técnicas descritas en el artículo dedicado a las tablas trigonométricas.

Algunos ángulos[editar]

Tabla trigonométrica exacta para múltiplos de 3 grados

Los valores fuera del rango angular [0°, 45°] se deducen trivialmente de los siguientes valores, utilizando simples relaciones de reflexión y simetría. (Véase Lista de identidades trigonométricas)

En las entradas siguientes, cuando un cierto número de grados está relacionado con un polígono regular, la relación es que el número de grados en cada ángulo del polígono es (n - 2) veces el número indicado de grados (donde n es el número de lados). Esto se debe a que la suma de los ángulos de cualquier n-gono es 180° × (n - 2) y, por lo tanto, la medida de cada ángulo de cualquier n-gono regular es 180° × (n - 2) ÷ n. Así, por ejemplo, la entrada "45°: cuadrado" significa que, con n = 4, 180° ÷ n = 45°, y el número de grados en cada ángulo de un cuadrado hay (n - 2) × 45° = 90°.

0°: fundamental[editar]

1.5°: hecatonicoságono regular (polígono de 120 lados)[editar]






1.875°: eneacontahexágono regular (polígono de 96 lados)[editar]

2.25°: octacontágono regular (polígono de 80 lados)[editar]

2.8125°: hexacontatetrágono regular (polígono de 64 lados)[editar]

3°: hexacontágono regular (polígono de 60 lados)[editar]

3,75°: tetracontaoctágono regular (polígono de 48 lados)[editar]

4.5°: tetracontágono regular (polígono de 40 lados)[editar]

5.625°: triacontadígono regular (polígono de 32 lados)[editar]

6°: triacontágono regular (polígono de 30 lados)[editar]

7,5°: icositetrágono regular (polígono de 24 lados)[editar]

9°: icoságono regular (polígono de 20 lados)[editar]

11.25°: hexadecágono regular (polígono de 16 lados)[editar]

12°: pentadecágono regular (polígono de 15 lados)[editar]

15°: dodecágono regular (polígono de 12 lados)[editar]

18°: decágono regular (polígono de 10 lados)[1][editar]

21°: suma 9° + 12°[editar]

22.5°: octágono regular[editar]

, el número plateado

24°: suma 12° + 12°[editar]

27°: suma 12° + 15°[editar]

30°: hexágono regular[editar]

33°: suma 15° + 18°[editar]

36°: pentágono regular[editar]

[1]
donde φ es número áureo;

39°: suma 18° + 21°[editar]

42°: suma 21° + 21°[editar]

45°: cuadrado[editar]


54°: suma 27° + 27°[editar]

60°: triángulo equilátero[editar]

67,5°: suma 7,5° + 60°[editar]

72°: suma 36° + 36°[editar]

75°: suma 30° + 45°[editar]

90°: fundamental[editar]

Lista de constantes trigonométricas de 2π/n[editar]

Para las raíces cúbicas de números no reales que aparecen en esta tabla, se tiene que tomar el valor principal, que es la raíz cúbica con la parte real más grande; esta mayor parte real es siempre positiva. Por lo tanto, las sumas de las raíces cúbicas que aparecen en la tabla son todos números reales positivos.

SENO:

COSENO:

TANGENTE:

Notas[editar]

Usos de las constantes[editar]

Como ejemplo del uso de estas constantes, considere el volumen de un dodecaedro regular, donde a es la longitud de una arista:

Utilizando

esto se puede simplificar a:

Deducción de triángulos[editar]

Polígono regular (de "n"-lados) y su triángulo rectángulo fundamental. Ángulos: a = 180°/n y b =90(1 - 2/n

La deducción de los valores de seno, coseno y tangente en formas radiales se basa en el construibilidad de los triángulos rectángulos.

Aquí, los triángulos rectángulos formados a partir de secciones de simetría de polígonos regulares se utilizan para calcular sus razones trigonométricas fundamentales. Cada triángulo rectángulo representa tres puntos en un polígono regular: un vértice, un centro de arista que contiene ese vértice y el centro del polígono. Un n-gono se puede dividir en 2n triángulos rectángulos con ángulos de 180/n, 90 - 180/n, 90 grados, para n = 3, 4, 5,…

La construcción de polígonos de 3, 4, 5 y 15 lados es la base, y las bisectrices de los ángulos permiten deducir también múltiplos de dos.

  • Construibles
    • Polígonos regulares de 3 × 2n lados, para n = 0, 1, 2, 3, ...
      • Triángulo de 30° -60° -90°: triángulo equilátero (3 lados)
      • Triángulo de 60° -30° -90°: hexágono (6 lados)
      • Triángulo de 75° -15° -90°: dodecágono (12 lados)
      • Triángulo de 82,5° -7,5° -90°: icositetrágono (24 lados)
      • Triángulo de 86,25° -3,75° -90°: tetracontaoctágono (48 lados)
      • Triángulo de 88,125° -1,875° -90°: eneacontaexágono (96 lados)
      • Triángulo de 89,0625° -0,9375° -90°: 192-gono
      • Triángulo de 89,53125° -0,46875° -90°: 384-gono
      • ...
    • 4 × 2n lados
      • Triángulo de 45° -45° -90°: cuadrado (4 lados)
      • Triángulo de 67,5° -22,5° -90°: octógono (8 lados)
      • Triángulo de 78,75° -11,25° -90°: hexadecágono (16 lados)
      • Triángulo de 84,375° -5,625° -90°: triacontadígono (32 lados)
      • Triángulo de 87,1875° -2,8125° -90°: hexacontatetrágono (64 lados)
      • Triángulo de 88,09375° -1,40625° -90°: 128-gono
      • Triángulo de 89,046875° -0,703125° -90°: 256-gono
      • ...
    • 5 × 2n lados
      • Triángulo de 54° -36° -90°: pentágono (5 lados)
      • Triángulo de 72° -18° -90°: decágono (10 lados)
      • Triángulo de 81° -9° -90°: isodecágono (20 lados)
      • Triángulo de 85,5° -4,5° -90°: tetracontágono (40 lados)
      • Triángulo de 87,75° -2,25° -90°: octacontágono (80 lados)
      • Triángulo de 88,875° -1,125° -90°: 160-gono
      • Triángulo de 89,4375° -0,5625° -90°: 320-gono
      • ...
    • 15 × 2n lados
    • ...
También hay polígonos regulares construibles superiores: 17, 51, 85, 255, 257, 353, 449, 641, 1409, 2547, ..., 65535, 65537, 69481, 73697, ..., 4294967295).
  • No construibles (con ángulos enteros o de medio grado) - No son posibles expresiones radicales finitas que involucren números reales para estas relaciones de aristas de triángulo, por lo tanto, sus múltiplos de dos tampoco son posibles.
    • 9 × 2n lados
      • Triángulo de 70° -20° -90°: eneágono (9 lados)
      • Triángulo de 80° -10° -90°: octodecágono (18 lados)
      • Triángulo de 85° -5° -90°: triacontahexágono (36 lados)
      • Triángulo de 87,5° -2,5° -90°: heptacontágono (72 lados)
      • ...
    • 45 × 2n lados
      • Triángulo de 86° -4° -90°: tetracontapentágono (45 lados)
      • Triángulo de 88° -2° -90°: eneacontágono (90 lados)
      • Triángulo de 89° -1° -90°: 180 gono
      • Triángulo de 89,5° -0,5° -90°: 360-gono
      • ...

Valores trigonométricos calculados para seno y coseno[editar]

Valores triviales[editar]

En formato de grados, sen y cos de 0, 30, 45, 60 y 90 se pueden calcular a partir de sus triángulos rectángulos, utilizando el teorema de Pitágoras.

En formato radianes, sen y cos de π/2n se pueden expresar en formato radical aplicando de forma recursiva lo siguiente:

y así sucesivamente.
y así sucesivamente.

Por ejemplo:

y
y
y
y
y

y así sucesivamente.

Forma radical, sen y cos de π/(3 × 2n)[editar]

y
y
y
y
y
y

y así sucesivamente.

Forma radical, sen y cos de π/(5 × 2n)[editar]

(por lo tanto )
y
y
y
y
y