Enunciado

Encontre a área da região dentro de um laco, onde r = 2 c o s 6 θ .

Passo 1

Faaalaaeee, beleza??

Bom... a questão foi bem direta... queremos calcular a área dentro de um laço da seguinte curva:

r = 2 cos ⁡ 6 θ

Mas que laço é esse???

O nosso gráfico parece uma flor. E esse “laço” que a questão menciona é como se fosse uma das pétalas, veja:

Mas e pra calcular a área? Como fazemos??

Bom... em coordenadas polares temos que a área de uma região é dada pela integral ∫ a b 1 2 r θ 2 d θ onde r e a função que determina como o raio da curva varia em relação ao ângulo no intervalo [ a , b ] .

No problema, precisamos identificar o intervalo onde a curva faz um laço, como a função que determina o raio e periódica de período menor que 2 π em algum momento ela “se fecha” e esse intervalo sera nosso domínio de integração.

Agora bora lá!! 😉

Passo 2

Bom... pela nossa figura, percebemos que a gente pode definir o limite inicial de integração em π 12 pois o valor de r é zero nesse ângulo (ou seja, é o início do laço), tornando nossa continha mais simples.

Para fechar o intervalo de um laço, a gente soma o nosso π 12 com π 6 , veja:

r π 12 + π 6 = r 3 π 12

Perceba que quando θ = 3 π 12 , o nosso r também é zero.

Então temos um dos intervalos possíveis para um laço: π 12   , 3 π 12 .

Passo 3

Como a expressão do raio foi dada, já podemos calcular a integral:

∫ a b 1 2 r θ 2 d θ = ∫ 0 π 3 4   c o s 6 θ 2 2 d θ  

Precisamos de uma substituição para resolver essa integral, vamos lá:

Usando as relações:

s e n 2 θ + cos 2 ⁡ θ = 1

E a fórmula do arco duplo do cosseno:

cos ⁡ 2 θ = cos 2 ⁡ θ - s e n 2 ( θ )

Trocando θ por 6 θ   , passando o seno ao quadrado para o outro lado, substituindo e simplificando, temos:

c o s 6 θ 2 = 1 + cos ⁡ 12 θ 2  

Passo 4

Agora, substituindo a expressão na integral e resolvendo:

A = ∫ π 12 3 π 12 4   c o s 1 2 θ 2 2 d θ

A = 4 ∫ π 12 3 π 12 1 + cos ⁡ 1 2 θ 4   d θ  

Simplificando o 4 , temos:

A   ∫ π 12 3 π 12 d θ - ∫ π 12 3 π 12 c o s ⁡ ( 1 2 θ ) d θ

Usando que uma primitiva da função na segunda integral é s e n 1 2 θ 10 , temos

A =   3 π 12 - π 12 - s e n 3 π 10 - s e n π 10

A = 2 π 10

Resposta

Logo, a resposta sera 2 π 10 .

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Encontre a área da região dentro de um laço, onde r = 1 + 2 s e n θ .
Encontre a área da regiao que e limitada pelas curvas dadas e esta no setor especificado: r = s e n θ,0 ≤ θ ≤ π