Enunciado

(a) Determine o ponto de interseção das retas tangente à curva

r → t = s e n   π t ,   2 s e n   π t   , cos ⁡ π t

No ponto t = 0 e t = 0,5 .

(b) Ilustre traçando o gráfico da curva e ambas as tangentes.

Passo 1

Olá, meu esforçado estudante. Vou te ajudar a resolver essa atividade e você vai sair daqui dando aula.

A gente quer aqui, primeiro encontrar o ponto de interseção das retas que são tangentes a curva:

r → t = s e n   π t ,   2 s e n   π t   , cos ⁡ π t

No ponto t = 0 e t = 0.5 .

E depois iremos ilustrar a situação.

Para determinar o ponto no qual as duas retas tangentes se cruzam precisamos encontrar a equação paramétrica de ambas as retas, para isso vamos precisar de um ponto e um vetor pertencente a cada reta.

Tendo as duas equações basta igualarmos elas e encontrar o parâmetro t que corresponde justamente ao ponto no qual elas se cruzam. Com esse parâmetro em mãos basta substituir em qualquer uma das equações das retas que encontramos o ponto de interseção.

Passo 2

  1. O vetor da reta tangente pode ser encontrado a partir da derivada da curva aplicada no ponto referente a um dos parâmetros.

O parâmetro t = 0 corresponde ao ponto:

x 0 = sin ⁡ π ⋅ 0

y 0 = 2 sin ⁡ π ⋅ 0

z 0 = cos ⁡ π ⋅ 0

Temos então que o ponto é:

( 0,0 , 1 )

O parâmetro t = 0,5 corresponde ao ponto:

x 0.5 = sin ⁡ π ⋅ 0.5

y 0.5 = 2 sin ⁡ π ⋅ 0.5

z 0.5 = cos ⁡ π ⋅ 0.5

Ficamos então com:

( 1,2 , 0 )

A derivada de r → t = s e n   π t ,   2 s e n   π t   , cos ⁡ π t   é encontrado utilizando da regra da cadeia e das derivadas trigonométricas que são tabeladas:

r → ' t = π cos ⁡ π t ,   2 π cos ⁡ π t   , π   s e n   π t

Aplicada em t = 0 e t = 0,5 :

r → ' 0 = π ,   2 π , 0

r → ' 0,5 = 0 ,   0 , π

Então a equação paramétrica das retas tangentes são:

x = x 0 + a t

y = y 0 + b t

E

z = z 0 + c t

Onde a 0 , b 0 , c 0 são os pontos pelo quais nossa função passa, e a , b , c vem da derivada. Então a gente tem que nossas retas parametrizadas são:

Para t = 0 :

x = π t ,     y = 2 π t ,     z = 1

Para t = 0.5 :

x = 1 ,     y = 2 ,     z = π t

Igualando as duas equações encontramos que o parâmetro do ponto de interseção é:

1 = π t

t = 1 π

Substituindo esse parâmetro na equação de qualquer uma das retas tangentes obtemos que o ponto associado a ele é ( 1,2 , 1 ) , onde este é o ponto de interseção.

Passo 3

b) O gráfico da curva juntamente com as retas tangentes a gente vai obter utilizando o GeoGebra 3D:

Resposta

a) Ponto de interseção: ( 1,2 , 1 ) .

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