Question: UNMSM 2022-II
7. Lucas tiene una parcela de cultivo de forma triangular ABC, donde se instalará una red de tuberías para regadío en los lados AB, AC y BC. Halla la medida del ángulo formado por los lados AB y AC en grados sexagesimales si se conoce que la medida de los ángulos en los vértices B y C son iguales a $$\frac{10x + 200}{3}\pi$$ rad y $$\frac{2 - \frac{x}{60}}{5}\pi$$ rad, respectivamente. Además, $$0 \leq x \leq 24$$.
1. **Planteamiento del problema:**
Tenemos un triángulo ABC con ángulos en B y C dados en radianes como funciones de $$x$$:
$$\angle B = \frac{10x + 200}{3}\pi$$ rad
$$\angle C = \frac{2 - \frac{x}{60}}{5}\pi$$ rad
Queremos hallar el ángulo en A en grados sexagesimales.
2. **Regla importante:**
La suma de los ángulos internos de un triángulo es $$180^\circ$$ o $$\pi$$ radianes:
$$\angle A + \angle B + \angle C = \pi$$ rad
3. **Expresar la suma de ángulos en radianes:**
$$\angle A = \pi - (\angle B + \angle C)$$
Sustituimos:
$$\angle A = \pi - \left( \frac{10x + 200}{3}\pi + \frac{2 - \frac{x}{60}}{5}\pi \right)$$
4. **Simplificamos la expresión:**
Factorizamos $$\pi$$:
$$\angle A = \pi - \pi \left( \frac{10x + 200}{3} + \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} \right) = \pi \left( 1 - \frac{10x + 200}{3} - \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} \right)$$
5. **Calculamos la suma dentro del paréntesis:**
Primero, expresamos $$\frac{2 - \frac{x}{60}}{5} = \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} = \frac{2}{5} - \frac{x}{300}$$
Entonces:
$$1 - \frac{10x + 200}{3} - \left( \frac{2}{5} - \frac{x}{300} \right) = 1 - \frac{10x + 200}{3} - \frac{2}{5} + \frac{x}{300}$$
6. **Convertimos a común denominador para sumar:**
Denominadores: 3, 5, 300. El común denominador es 300.
Convertimos cada término:
$$1 = \frac{300}{300}$$
$$\frac{10x + 200}{3} = \frac{1000x + 2000}{300}$$
$$\frac{2}{5} = \frac{120}{300}$$
$$\frac{x}{300}$$ ya está en denominador 300.
Entonces:
$$\frac{300}{300} - \frac{1000x + 2000}{300} - \frac{120}{300} + \frac{x}{300} = \frac{300 - (1000x + 2000) - 120 + x}{300} = \frac{300 - 1000x - 2000 - 120 + x}{300}$$
Simplificamos numerador:
$$300 - 2000 - 120 = -1820$$
$$-1000x + x = -999x$$
Por lo tanto:
$$\frac{-1820 - 999x}{300}$$
7. **Ángulo A en radianes:**
$$\angle A = \pi \times \frac{-1820 - 999x}{300} = \frac{\pi (-1820 - 999x)}{300}$$
8. **Condición para que el ángulo sea positivo:**
Como $$0 \leq x \leq 24$$, evaluamos el numerador:
Para $$x=0$$: $$-1820 < 0$$
Para $$x=24$$: $$-1820 - 999 \times 24 = -1820 - 23976 = -25796 < 0$$
El ángulo A es negativo con esta expresión, lo que indica que hay un error en la interpretación de los ángulos B y C.
9. **Revisamos la interpretación:**
Los ángulos B y C están dados en radianes como:
$$\angle B = \frac{10x + 200}{3} \pi$$ rad
$$\angle C = \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} \pi$$ rad
Pero si los valores son mayores que $$\pi$$, no pueden ser ángulos internos de un triángulo.
Probablemente la expresión correcta es:
$$\angle B = \frac{10x + 200}{3} \times \frac{\pi}{180}$$ rad (convertir grados a radianes)
$$\angle C = \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} \times \frac{\pi}{180}$$ rad
10. **Convertimos ángulos B y C a grados:**
$$\angle B = \frac{10x + 200}{3}$$ grados
$$\angle C = \frac{2 - \frac{x}{60}}{5} \times 180 = (2 - \frac{x}{60}) \times 36$$ grados
11. **Sumamos ángulos B y C en grados:**
$$\angle B + \angle C = \frac{10x + 200}{3} + 36 \left( 2 - \frac{x}{60} \right)$$
Simplificamos:
$$36 \times 2 = 72$$
$$36 \times \left(- \frac{x}{60} \right) = - \frac{36x}{60} = -0.6x$$
Entonces:
$$\angle B + \angle C = \frac{10x + 200}{3} + 72 - 0.6x$$
12. **Convertimos $$\frac{10x + 200}{3}$$ a decimal:**
$$\frac{10x}{3} + \frac{200}{3} = 3.333x + 66.666$$
Entonces:
$$\angle B + \angle C = 3.333x + 66.666 + 72 - 0.6x = (3.333x - 0.6x) + (66.666 + 72) = 2.733x + 138.666$$
13. **Ángulo A en grados:**
$$\angle A = 180 - (\angle B + \angle C) = 180 - (2.733x + 138.666) = 41.334 - 2.733x$$
14. **Condición para $$x$$:**
Dado $$0 \leq x \leq 24$$, evaluamos $$\angle A$$:
Para $$x=0$$:
$$\angle A = 41.334^\circ$$
Para $$x=24$$:
$$\angle A = 41.334 - 2.733 \times 24 = 41.334 - 65.592 = -24.258^\circ$$ (no válido)
Por lo tanto, $$x$$ debe ser tal que $$\angle A > 0$$:
$$41.334 - 2.733x > 0 \Rightarrow 2.733x < 41.334 \Rightarrow x < \frac{41.334}{2.733} \approx 15.13$$
15. **Conclusión:**
El ángulo formado por los lados AB y AC en grados sexagesimales es:
$$\boxed{\angle A = 41.334 - 2.733x}$$
con $$x$$ en el intervalo $$0 \leq x < 15.13$$ para que el ángulo sea válido.