Enunciado

32- Determine a função comprimento de arco para a curva do Exercício 8, usando ( 0 ,   1 / 4 ) como ponto inicial. Qual é o comprimento da curva de ( 0 ,   1 / 4 ) até ( 1 ,   59 / 24 ) ?

Passo 1

A curva do exercício 8 é:

y = x 3 3 + x 2 + x + 1 4 x + 4

Como a função comprimento é:

L = ∫ 1 + d y d x 2     d x

Por isso precisamos fazer a derivada em relação a x da função y que é:

d y d x = x 2 + 2 x + 1 - 4 4 x + 4 - 2

O que pode ser escrito como:

d y d x = x + 1 2 - 4 16 x + 1 2

d y d x = x + 1 2 - 1 4 x + 1 2

E a questão diz que x varia de 0 a 1.

Passo 2

Substituindo d y d x na função comprimento temos:

L = ∫ 0 1 1 + x + 1 2 - 1 4 x + 1 2 2   d x

Fazendo o MMC dentro do quadrado temos:

L = ∫ 0 1 1 + 4 x + 1 4 - 1 4 x + 1 2 2   d x

L = ∫ 0 1 16 x + 1 4 + 4 x + 1 4 - 1 2 16 x + 1 4       d x

Fazendo a operação quadrática no numerador:

L = ∫ 0 1 16 x + 1 4 + 16 x + 1 8 - 8 x + 1 4 + 1 16 x + 1 4 d x

L = ∫ 0 1 16 x + 1 8 +   8 x + 1 4 + 1 16 x + 1 4   d x

No numerador é como se tivéssemos :

16 a 2 + 8 a + 1 = 4 a + 1 2

Logo:

L = ∫ 0 1 4 x + 1 4 + 1 2 16 x + 1 4   d x

Tirando a raiz temos:

L = ∫ 0 1 4 x + 1 4 + 1 4 x + 1 2 d x

L = ∫ 0 1 4 x + 1 4 4 x + 1 2 + 1 4 x + 1 2 d x

L = ∫ 0 1 ( x + 1 2 + 1 4 x + 1 2 )     d x

Passo 3

Substituindo:

u = x + 1

Temos :

d u = d x

E nossas variáveis que iam de 0 a 1 agora vão de:

u 1 = 0 + 1 = 1

u 2 = 1 + 1 = 2  

Aplicando na integral:

L = ∫ 1 2 u 2 + 1 4 u 2 d u

L = u 3 3 1 2 + 1 4 ∫ 1 2 u - 2   d u

L = 8 3 - 1 3 - 1 4 u 1 2

L = 7 3 - 1 8 + 1 4

L = 8 × 7 24 - 3 24 + 6 24 = 59 24

Resposta

L = 59 24

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Ache o comprimento da curva. 18 .y = ln ⁡ e x + 1 e x - 1 ,a ≤ x ≤ b ,a0
Trace a curva e estime visualmente seu comprimento. A seguir, encontre seu comprimento exato. y = x 2 + x 3 ,1 ≤ x ≤ 2
Desenhe a curva y = 1 3 x ³ + 1 4 x ,x0 . ³ Encontre a função comprimento do arco para essa curva com o ponto inicial P 0 1 ,7 12 . Desenhe a função comprimento de arco
Esboce a curva com a equação x 2 3 + y 2 3 = 1 e usa a simetria para achar seu comprimento.
Trace a curva e estime visualmente seu comprimento. A seguir, encontre seu comprimento exato. y = x + cos ⁡ x ,0 ≤ x ≤ π 2