derecha|mini|300px| Un triángulo, que muestra el "incírculo" y la división de los lados. Las bisectrices de los ángulos se encuentran en el incentro, que es el centro del incírculo derecha|mini|300px| Por el razonamiento anterior, las seis partes se relacionan entre sí como se muestra
En trigonometría, la ley de las cotangentesThe Universal Encyclopaedia of Mathematics, Pan Reference Books, 1976, page 530. English version George Allen and Unwin, 1964. Translated from the German version Meyers Rechenduden, 1960. es una relación entre las longitudes de los lados de un triángulo y las cotangentes de las mitades de sus tres ángulos.
Así como las tres cantidades cuya igualdad se expresa según la ley de los senos son iguales al diámetro del círculo circunscrito del triángulo (o a su recíproco, dependiendo de cómo se exprese la ley), así también la ley de las cotangentes relaciona el radio del círculo inscrito de un triángulo (el radio interno) a sus lados y ángulos.
Declaración Usando las notaciones habituales para un triángulo (véase la figura en la parte superior derecha), donde , , son las longitudes de los tres lados, , , son los vértices opuestos a esos tres lados respectivos, , , son los ángulos correspondientes en esos vértices, y es el semiperímetro, es decir, , entonces
y además, el inradio viene dado por
Demostración En la figura superior, los puntos de tangencia del incírculo con los lados del triángulo dividen el perímetro en 6 segmentos, formando 3 pares (uno alrededor de cada vértice). En cada par, los segmentos tienen la misma longitud. Por ejemplo, los dos segmentos adyacentes al vértice son iguales. Si se elige un segmento de cada par, su suma será el semiperímetro . Un ejemplo de esto son los segmentos que se muestran en color en la figura. Los dos segmentos que componen la línea roja se suman a por lo que el segmento de color azul debe ser de longitud . Obviamente, los otros cinco segmentos también deben tener longitudes , o , como se muestra en la figura inferior.
Al inspeccionar la figura, usando la definición de la función cotangente, se tiene que
y lo mismo para los otros dos ángulos, lo que demuestra la primera afirmación.
Para la segunda, la fórmula del inradio, se parte de la fórmula general de la suma de ángulos:
Aplicando , se obtiene:
(fórmula también denominada identidad triple de la cotangente)
Sustituyendo los valores obtenidos en la primera parte, se obtiene:
Multiplicando por , resulta el valor de , lo que demuestra la segunda afirmación.
Algunas demostraciones usando la ley de las cotangentes Se pueden obtener otros resultados de la ley de las cotangentes.
Fórmula de Herón. Téngase en cuenta que el área del triángulo también se divide en 6 triángulos más pequeños, así mismo en 3 pares, y los triángulos de cada par tienen la misma área. Por ejemplo, los dos triángulos coincidentes en el vértice , siendo triángulos rectángulos de base y altura , cada uno tiene un área de . Entonces, estos dos triángulos juntos tienen un área de , y el área de todo el triángulo es por lo tanto
Esto da el resultado
de acuerdo con la fórmula comentada.
Primera fórmula de Mollweide. A partir de la fórmula de la suma y la ley de las cotangentes, se tiene que
Esto da el resultado
de acuerdo con la fórmula comentada.
Segunda fórmula de Mollweide. Según la fórmula de la suma y la ley de las cotangentes, se tiene que
Aquí, se requiere un paso adicional para transformar un producto en una suma, de acuerdo con la fórmula suma/producto. Esto da el resultado
también de acuerdo con la fórmula comentada.
La ley de las tangentes también se puede deducir a partir de la de las cotangentes .
Véase también Ley de los senos Ley de los cosenos Ley de las tangentes Fórmula de Mollweide
Referencias
Categoría:Trigonometría