Enunciado

Calcule o valor da integral de linha, onde C é a curva dada.

∫ C ( x 2 + y 2 + z 2 )   d s

C :         x = t ,     y = cos ⁡ 2 t ,     z = sen ⁡ 2 t ,     0 ≤ t ≤ 2 π

Passo 1

Fala, minha galera!

Nessa questão precisamos calcular essa integral de linha

∫ C ( x 2 + y 2 + z 2 )   d s

Onde temos informações preciosas para a região C :

x = t

    y = cos ⁡ 2 t

    z = sen ⁡ 2 t

  0 ≤ t ≤ 2 π

Para resolvermos a integral de linha, temos que parametrizar o que temos. Como já temos tudo parametrizado em t , só precisamos organizar tudo e calcular.

Passo 2

Calculamos a integral de linha através dessa fórmula aqui:

∫ C f ( x ,   y ,   z )   d s = ∫ a b f x t ,   y t ,   z t d x d t 2 + d y d t 2 + d z d t 2 d t

Precisamos calcular o valor das derivadas em relação a t , sendo assim:

d x d t = 1

d y d t = - 2 sen ⁡ 2 t

d z d t = 2 cos ⁡ 2 t

Agora, substituindo o valor das expressões na fórmula, temos:

∫ 0 2 π ( t 2 + cos 2 ⁡ 2 t + s e n 2   2 t ) 1 2 + 2 sen ⁡ 2 t 2 + 2 cos ⁡ 2 t 2 d t

∫ 0 2 π ( t 2 + cos 2 ⁡ 2 t + sen 2 ⁡ 2 t ) 1 + 4 ( s e n 2   2 t + c o s 2   2 t )   d t

Da relação fundamental da trigonometria s e n 2 x + cos 2 ⁡ x = 1 , podemos então simplificar a expressão anterior:

5 ∫ 0 2 π ( t 2 + 1 )   d t

Passo 3

Agora, resolvendo a integral para t , temos:

5 ∫ 0 2 π ( t 2 + 1 )   d t

5 1 3 t 3 + t 0 2 π

Substituindo os limites de integração, chegaremos a

5 1 3 2 π 3 + 2 π - 0

5 8 3 π 3 + 2 π

Dessa forma, o valor da integral é:

∫ C ( x 2 + y 2 + z 2 )   d s = 5 8 3 π 3 + 2 π

Resposta

∫ C ( x 2 + y 2 + z 2 )   d s = 5 8 3 π 3 + 2 π

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