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Inicio · Parte 03 — Geometría, trigonometría y geometría analítica

067 — Círculo unitario

basico-intermedio clase 7 de 20 4 horas demostración unit_circle

El círculo unitario extiende seno y coseno a cualquier ángulo real y muestra su periodicidad y paridad.

Fórmulas

punto del círculo: (cos θ, sin θ)
periodo: sin(θ + 2π) = sin θ
paridad: sin(−θ) = −sin θ,  cos(−θ) = cos θ

Desarrollo

El triángulo rectángulo solo define las razones trigonométricas para ángulos entre 0 y 90°. El círculo unitario las extiende a cualquier número real: el punto que resulta de recorrer un arco de longitud θ desde (1,0) tiene coordenadas (cos θ, sin θ), y esa definición funciona para ángulos negativos, mayores que una vuelta o irracionales.

De esa definición se leen dos propiedades sin cálculo. La periodicidad: dar una vuelta completa devuelve al mismo punto, así que sin(θ + 2π) = sin θ. Y la paridad: reflejar respecto al eje x cambia el signo de la ordenada pero no de la abscisa, así que el seno es impar y el coseno es par.

La periodicidad tiene una consecuencia práctica que conviene tener presente: los ángulos no son comparables directamente. La diferencia entre 359° y 1° es de 2°, no de 358°. Calcular diferencias angulares exige normalizar al rango (−π, π], y olvidarlo produce saltos bruscos en robótica y en seguimiento de orientación.

La tabla de valores notables —0, 90, 180, 270, 360— conviene poder reconstruirla mirando el círculo en lugar de memorizarla: en 90° el punto es (0,1), así que el coseno es 0 y el seno 1. Numéricamente hay un detalle: cos(π/2) no da exactamente 0 sino 6.1e−17, porque π/2 no es representable exactamente.

Ejemplo trabajado

Coordenadas en los ángulos notables.

ángulo    (cos, sin)
  0°      ( 1,  0)
 90°      ( 0,  1)
180°      (−1,  0)
270°      ( 0, −1)
360°      ( 1,  0)      ← igual que 0°: periodo 2π

Paridad:
  sin(−1) = −0.841471 = −sin(1)     ✓ impar
  cos(−1) =  0.540302 =  cos(1)     ✓ par

Detalle numérico: cos(π/2) = 6.12e−17, no exactamente 0
(π/2 no es representable en float64)

Qué calcula el laboratorio

El círculo unitario como diccionario de ángulos notables.

python classes/part-03-geometria-trigonometria-y-geometria-analitica/067-circulo-unitario/lab.py
compmath run 067

Salidas del laboratorio (5)

Muestra de la ejecución real

{
  "coordenadas": {
    "0°": [
      1.0,
      0.0
    ],
    "90°": [
      0.0,
      1.0
    ],
    "180°": [
      -1.0,
      0.0
    ],
    "270°": [
      -0.0,
      -1.0
    ],
    "360°": [
      1.0,
      -0.0
    ]
  },
  "radio": 1.0,
  "periodo_sin": 6.283185307179586,
  "sin_es_impar": true,
  "cos_es_par": true
}

Errores comunes

Dónde se usa

Orientación en robótica, ángulos de fase en señales, animación cíclica y cualquier fenómeno periódico. La periodicidad es la propiedad que explota Fourier.

Idea rectora de la parte

Toda rotación 2D es una matriz ortogonal de determinante 1.

Error a evitar

Mezclar grados y radianes en la misma expresión.

Conexión con IA

Las transformaciones geométricas son el caso visual de las transformaciones lineales que una red aplica a sus activaciones; la similitud coseno es trigonometría en alta dimensión.

Bibliografía de la clase

Archivos de la clase