Question

Desde la azotea de un edificio de 48 metros de altura un joven observa la parte superior e inferior de una torre con un ángulo de elevación de 37° y de depresión de 45° respectivamente. Calcular la altura de la torre. Grafique el problema.​

Answer 1

La altura de la torre es de 84 metros

Se trata de un problema de razones trigonométricas en triángulos rectángulos.

Las razones trigonométricas de un ángulo α son las razones obtenidas entre los tres lados de un triángulo rectángulo.      

Donde los triángulos dados de 37-53 y de 45-45 resultan ser lo que se denomina triángulo notable

Dado que un joven desde la azotea de un edificio observa la parte inferior de una torre con un ángulo de depresión de 45° y la parte superior de esta con un ángulo de elevación de 37°:

Representamos la situación en dos triángulos rectángulos:

El ABD: en donde el lado AB representa la línea visual -que está por debajo de los ojos del observador- a la parte inferior de la torre-, con un ángulo de depresión de 45°, el lado DB que es una porción de la altura de la torre y a la vez coincide con la altura de la azotea en donde se halla la persona observadora, siendo el cateto opuesto al ángulo dado de este triángulo, y por último el lado AD que es la línea horizontal de visión a la torre y también la distancia horizontal hasta esta, en donde este otro cateto -es en este caso el adyacente-, -de la cual no conocemos su magnitud a la que llamaremos distancia "x"-, la cual es una preincógnita

El triángulo ACD: en donde el lado AC representa la línea visual -que está por encima de los ojos del observador- a la parte superior de la torre-, con un ángulo de elevación de 37°; el lado CD que es el cateto opuesto al ángulo dado en este triángulo y que equivale a la otra porción de la altura de la torre, -de la cual no conocemos su dimensión y la llamaremos distancia "y"-;  teniendo finalmente el lado AD el cual es el cateto adyacente al ángulo, y coincide con el cateto adyacente del primer triángulo, siendo la distancia "x" a la torre

Donde se pide hallar la altura "h" de la torre

Por tanto se determinará primero la distancia "x" hasta la torre, y una vez conocida esa distancia podremos calcular la distancia "y"

Donde hallada la distancia "y" en el segundo triángulo -siendo el cateto opuesto del mismo:

La sumatoria de los dos catetos opuestos a los ángulos dados de cada uno de los dos triángulos nos dará la altura "h" de la torre

Dado que la tangente de un ángulo se define como la razón entre el cateto opuesto y el cateto adyacente:

Se empleará la razón trigonométrica tangente en cada uno de los dos triángulos rectángulos para determinar las distancias "x" e "y"

Razones trigonométricas con ángulos notables

En ABD

Hallamos la distancia x - distancia de la azotea a la torre-

Por ser ángulo alterno interno- que es homólogo- se traslada el ángulo de depresión de 45° al punto B para facilitar la situación

Por ello se han trazado dos proyecciones horizontales

Relacionamos los datos con la tangente del ángulo α $\bold{\alpha = 45^o }$

Como el triángulo es notable y de 45° los 2 catetos miden lo mismo, pudiendo aseverar que la distancia hasta la torre será igual que la altura de la azotea

Los cálculos nos darán la razón

$\boxed{\bold { tan(45^o) = \frac{ cateto\ opuesto }{ cateto\ adyacente } } }$

$\boxed{\bold { tan(45^o) = \frac{ altura\ azotea \ }{ distancia \ x } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = \frac{ altura\ azotea }{ tan(45^o) } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = \frac{ 48 \ m }{ tan(45^o) } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = \frac{ 48 \ m }{ 1 } }}$

$\large\boxed{\bold { distancia \ x = 48 \ metros } }$

La distancia desde la azotea a la torre es de 48 metros

Conocido el valor de la preincógnita x

En ACD

Hallamos la distancia y - porción de la altura de la torre-

Relacionamos los datos con la tangente del ángulo β  $\bold{\beta = 37^o }$

$\boxed{\bold { tan(37^o) = \frac{ cateto\ opuesto }{ cateto\ adyacente } } }$

$\boxed{\bold { tan(37^o)= \frac{ distancia \ y }{ distancia \ x } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = distancia \ x \ . \ tan(37^o) } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 48 \ m \ . \ tan(37^o) } }$

Como tenemos un ángulo notable

$\large \textsf{El valor exacto de tan de 37 grados es } \bold {\frac{ 3 } {4 } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 48 \ m \ . \ \frac{3}{4} } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = \frac{144}{4} \ m } }$

$\large\boxed{\bold { distancia \ y = 36 \ metros } }$

La distancia y es de 36 metros- siendo una parte de la altura de la torre

Hallamos la altura h de la torre

$\boxed{\bold { Altura\ Torre\ (h) = altura \ azotea\ +\ distancia \ y } }$

$\boxed{\bold { Altura\ Torre\ (h) = 48 \ m +\ 36 \ m } }$

$\large\boxed{\bold { Altura\ Torre\ (h)= 84 \ metros } }$

La altura de la torre es de 84 metros

Se agrega gráfico para mejor comprensión del ejercicio propuesto