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Funciones trigonométricas inversas

Arcoseno arcsin(x): gráfica, dominio, rango, derivada e integral

La función arcoseno arcsin(x), inversa del seno: dominio [−1, 1], rango [−π/2, π/2], gráfica, derivada 1/√(1−x²), integral y ejemplos.

Funciones trigonométricas inversas Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

f(x) = \arcsin x = \sin^{-1} x
Dominio
[-1, 1]
Rango
\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]
Derivada
\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
Integral
x\arcsin x + \sqrt{1 - x^2} + C
Significado
El ángulo en \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] cuyo seno es x
Simetría
Impar: \arcsin(-x) = -\arcsin x
En esta página
  1. Definición de arcsin x
  2. Gráfica de y = arcsin x
  3. Valores clave del arcoseno
  4. Propiedades del arcoseno
  5. Derivada de arcsin x
  6. Integrales con arcoseno
  7. Ejemplos resueltos
  8. Errores comunes
  9. Cómo se relaciona el arcoseno con otros temas

La función arcoseno deshace la función seno: \arcsin x es el ángulo cuyo seno es x. Como el seno se repite, no es inyectivo, así que el arcoseno elige la única respuesta en \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]. En cálculo importa sobre todo como antiderivada de \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}.

Definición de arcsin x

y = \arcsin x \quad\Longleftrightarrow\quad \sin y = x \text{ y } -\frac{\pi}{2} \le y \le \frac{\pi}{2}

Así, \arcsin\frac{1}{2} = \frac{\pi}{6}, porque \sin\frac{\pi}{6} = \frac{1}{2} y \frac{\pi}{6} está en el rango permitido. La notación \sin^{-1}x significa lo mismo.

Gráfica de y = arcsin x

Gráfica de y = arcsin x en [−1, 1]
El arcoseno sube desde -\frac{\pi}{2} en x = -1 hasta \frac{\pi}{2} en x = 1. Las rectas tangentes en ambos extremos son verticales.

La gráfica es el tramo de y = \sin x en \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] reflejado respecto a la recta y = x.

Valores clave del arcoseno

x -1 -\frac{\sqrt{3}}{2} -\frac{1}{2} 0 \frac{1}{2} \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{\sqrt{3}}{2} 1
\arcsin x -\frac{\pi}{2} -\frac{\pi}{3} -\frac{\pi}{6} 0 \frac{\pi}{6} \frac{\pi}{4} \frac{\pi}{3} \frac{\pi}{2}

Propiedades del arcoseno

  • Dominio [-1, 1], rango \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]. Los valores fuera de [-1, 1] no están definidos, ya que ningún ángulo tiene seno 2.
  • Creciente. El arcoseno es estrictamente creciente en todo su dominio.
  • Impar. \arcsin(-x) = -\arcsin x.
  • Cancelación. \sin(\arcsin x) = x para todo x en [-1, 1], pero \arcsin(\sin x) = x solo para x en \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right].
  • Relación con el arcocoseno. \arcsin x + \arccos x = \frac{\pi}{2}. Consulta arcocoseno.

Derivada de arcsin x

\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \qquad -1 < x < 1

Por qué. Sea y = \arcsin x, de modo que \sin y = x. La derivación implícita da \cos y \cdot y' = 1, así que y' = \frac{1}{\cos y}. Como y está en \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right], \cos y \ge 0, y \cos y = \sqrt{1 - \sin^2 y} = \sqrt{1 - x^2}. Es un caso particular de la regla de la función inversa.

En x = \pm 1 el denominador se anula, por eso la gráfica tiene tangentes verticales en sus extremos.

Integrales con arcoseno

La fórmula de la derivada, leída al revés, es la integral que más usarás:

\int \frac{dx}{\sqrt{1 - x^2}} = \arcsin x + C, \qquad \int \frac{dx}{\sqrt{a^2 - x^2}} = \arcsin\frac{x}{a} + C \ (a > 0)

La integral del propio arcoseno se obtiene con integración por partes tomando u = \arcsin x, dv = dx:

\int \arcsin x\,dx = x\arcsin x - \int\frac{x}{\sqrt{1-x^2}}\,dx = x\arcsin x + \sqrt{1 - x^2} + C

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: regla de la cadena. Deriva f(x) = \arcsin(3x):

f'(x) = \frac{3}{\sqrt{1 - 9x^2}}

Ejemplo 2: una integral definida. \int_0^{1/2}\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} = \arcsin\frac{1}{2} - \arcsin 0 = \frac{\pi}{6}.

Ejemplo 3: usando a. \int\frac{dx}{\sqrt{9 - x^2}} = \arcsin\frac{x}{3} + C.

Ejemplo 4: composición. Simplifica \cos(\arcsin x). Si \theta = \arcsin x, entonces \sin\theta = x y \cos\theta \ge 0, así que \cos(\arcsin x) = \sqrt{1 - x^2}.

Errores comunes

  1. Leer \sin^{-1}x como \frac{1}{\sin x}. El recíproco es \csc x, que se explica en las funciones trigonométricas recíprocas.
  2. Dar un ángulo fuera del rango. \arcsin\left(-\frac{1}{2}\right) = -\frac{\pi}{6}, no \frac{7\pi}{6} ni \frac{11\pi}{6}.
  3. Sustituir valores con |x| > 1. \arcsin 2 no existe como número real.
  4. Olvidar el factor de la regla de la cadena. \frac{d}{dx}\arcsin(x^2) = \frac{2x}{\sqrt{1 - x^4}}, no \frac{1}{\sqrt{1-x^4}}.

Cómo se relaciona el arcoseno con otros temas

El arcoseno es la base de la sustitución x = a\sin\theta en la sustitución trigonométrica, que se usa en integrales con \sqrt{a^2 - x^2}. Sus funciones hermanas son el arcocoseno y la arcotangente, y las tres derivadas se obtienen del mismo modo en la guía de derivación implícita.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de arcsin x?

La derivada de \arcsin x es \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} para -1 < x < 1. Con la regla de la cadena, \frac{d}{dx}\arcsin(u) = \frac{u'}{\sqrt{1-u^2}}.

¿Cuáles son el dominio y el rango de arcsin x?

El dominio es [-1, 1], porque el seno solo produce valores en ese intervalo. El rango es \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right], el intervalo en el que el seno es inyectivo.

¿El seno inverso es lo mismo que 1/sen x?

No. \sin^{-1}x es la función inversa arcoseno. El recíproco \frac{1}{\sin x} es la cosecante, \csc x.

¿Cuál es la integral de arcsin x?

Usando integración por partes con u = \arcsin x y dv = dx se obtiene \int\arcsin x\,dx = x\arcsin x + \sqrt{1-x^2} + C.

¿Por qué arcsin(sen x) no siempre es igual a x?

El arcoseno siempre devuelve un ángulo entre -\frac{\pi}{2} y \frac{\pi}{2}. Por ejemplo, \arcsin(\sin\pi) = \arcsin 0 = 0, no \pi.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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