Question

Una persona de 2 m de estatura observa la base de un poste de luz con un ángulo de depresión de 30º y la parte superior con un ángulo de elevación de 60º. Calcular la altura del poste.

Answer 1

La altura del poste de luz es de 8 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 el triángulo de 30-60 es un triángulo notable

Dado que una persona de cierta estatura observa la parte inferior de un poste de luz con un ángulo de depresión de 30° y la parte superior del mismo con un ángulo de elevación de 60°:

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 del poste de luz-, visto con un ángulo de depresión de 30°, el lado DB que es una porción de la altura del poste de luz y a la vez coincide con la estatura del observador, siendo el cateto opuesto al ángulo dado de este triángulo, y por último el lado AD que es la línea horizontal de visión al poste de luz y también la distancia horizontal hasta este, 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 ACD: en donde el lado AC representa la línea visual -que está por encima de los ojos del observador- a la parte superior del poste de luz-, visto con un ángulo de elevación de 60°; el lado CD que es el cateto opuesto al ángulo dado en este triángulo y que equivale a la otra porción de la altura del poste de luz, -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" al poste de luz

Donde se pide hallar la altura "h" del poste de luz

Por tanto se determinará primero la distancia "x" -desde el observador hasta el poste de luz- , 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" del poste de luz

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 los dos triángulos rectángulos para determinar las distancias "x" e "y"

Razones trigonométricas con ángulos notables

En ABD

Hallamos x - distancia desde el observador al poste de luz-

Por ser ángulo alterno interno- que es homólogo- se traslada el ángulo de depresión de 30° al punto B

Por ello se han trazado dos proyecciones horizontales

Relacionamos los datos con la tangente del ángulo α $\bold{\alpha = 30^o}$

$\boxed{\bold { tan(30^o) = \frac{ cateto\ opuesto }{ cateto\ adyacente } } }$

$\boxed{\bold { tan(30^o) = \frac{ estatura\ persona }{ distancia \ x } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = \frac{ estatura\ persona }{ tan(30^o) } } }$

$\large \textsf{El valor exacto de tan de 30 grados es } \bold {\frac{ \sqrt{3} } {3 } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = \frac{2 \ m }{ \frac{\sqrt{3} }{3} } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ x = 2 \ m \ . \ \frac{3}{\sqrt{3} } } }$

$\boxed{\bold { distancia\ x = 2 \ m \ . \ \frac{3}{ \sqrt{3} } \ .\ \frac{ \sqrt{3} }{ \sqrt{3} } } }$

$\boxed{\bold { distancia\ x = 2 \ m \ . \ \frac{3 \sqrt{3} }{( \sqrt{3})^{2} } } }$

$\boxed{\bold { distancia\ x = \ 2 \ . \ \frac{\not3 \sqrt{3} }{\not3 } \ metros } }$

$\large\boxed{\bold { distancia \ x = 2\sqrt{3} \ metros } }$

La distancia desde el observador hasta el poste de luz es de 2√3 metros

Conocido el valor de la preincógnita x

En ACD

Hallamos y - porción de la altura del poste de luz-

Relacionamos los datos con la tangente del ángulo β $\bold{\beta =60^o }$

$\boxed{\bold { tan(60^o) = \frac{ cateto\ opuesto }{ cateto\ adyacente } } }$

$\boxed{\bold { tan(60^o) = \frac{ distancia \ y }{ distancia \ x } } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = distancia \ x \ . \ tan(60^o ) } }$

$\large \textsf{El valor exacto de tan de 60 grados es } \bold {\sqrt{3} }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 2\sqrt{3}\ m \ . \ \sqrt{3} } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 2\ . \sqrt{3} \ . \ \sqrt{3} \ m } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 2\ .\ ( \sqrt{3} )^{2} \ m } }$

$\boxed{\bold { distancia \ y = 2\ .\ 3 \ m } }$

$\large\boxed{\bold { distancia \ y = 6 \ metros } }$

La distancia y es de 6 metros- siendo una parte de la altura del poste de luz-

Hallamos la altura h del poste de luz

$\boxed{\bold { Altura \ Poste\ (h) = estatura\ persona \ +\ distancia \ y } }$

$\boxed{\bold { Altura \ Poste\ (h) = 2 \ m +\ 6 \ m } }$

$\large\boxed{\bold { Altura \ Poste\ (h)= 8 \ metros } }$

La altura del poste de luz es de 8 metros

Se agrega gráfico para mejor comprensión del ejercicio propuesto