Enunciado

Encontre a área da região dentro de um laço da curva:

r 2 = s e n 2 θ

Passo 1

Olá, meu grande amigo. Vou te ajudar a resolver essa atividade.

A gente tem a curva:

r 2 = s e n 2 θ

E queremos calcular a área dentro do laço dessa figura. A gente vai antes de tudooo, visualizar a figura, isso ajuda na resolução do problema. Aqui eu vou utilizar o GeoGebra para gerar o gráfico da figura.

A curva dada possui a seguinte forma:

Veja que a gente tá em coordenadas cilíndricas, então a área é dada por:

A = 1 2 ∫ a b r 2 d θ

E a gente precisa encontrar os limites de integração, o que a gente pode fazer, é ver que toda a área da primeira pétala é varrida pelo ângulo θ de 0 a π 2 . Então esse é o nosso limite de integração. Você pode ver abaixo como o θ varre nossa curva.

Outra forma de encontrarmos os limites de integração é:

A curva passa pela origem quando seu raio é 0, dessa forma podemos buscar quando isso ocorre duas vezes, pois assim temos a criação da pétala, e o seu fechamento:

s e n 2 θ = 0

2 θ = π n  

θ = π 2 n  

Dessa forma, nossos limites de integração são 0   e   π 2 .

Passo 2

Para calcular a área abaixo de uma curva, lembramos que:

A = 1 2 ∫ a b r 2 d θ

A = 1 2 ∫ 0 π 2 ( s e n 2 θ ) d θ

Podemos fazer essa integral por substituição simples. Seja

u = 2 θ

d u = 2 d θ

Assim podemos reescrever a integral como:

1 2 ∫ s e n u d u 2 = - 1 4 c o s u

Voltando para a variável original temos:

A = - 1 4 cos ⁡ 2 θ 0 π 2

Colocando os limites de integração:

A = - 1 4 c o s 2 π 2 - c o s 0  

A = - 1 4 - 1 - 1

A = 1 2

É isso, terminamos aqui meu amigo.

Resposta

A área abaixo da curva é 1 2 .

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