Enunciado

Encontre a área da região que é limitada pelas curvas dadas e está no setor especificado: r = s e n ( θ )     ,   π / 3 ≤ θ ≤ 2 π / 3

Passo 1

Olá, meu nobre. Vou te ajudar com essa resolução.

A gente vai encontrar a área que é delimitada pela curva:

r = sin ⁡ θ

No intervalo:

π 3 ≤ θ ≤ 2 π 3

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 caso, está bem explicito qual a função e qual intervalo, então basta somente resolver a integral.

Teremos que

∫ a b 1 2 r θ 2 d θ = R b - R a

onde R é uma primitiva de 1 2 r θ 2 , ou seja, se derivarmos R teremos a função dentro da integral.

Passo 2

A área será dada, então, pela integral

∫ π 3 2 π 3 1 2 s e n 2 θ d θ

Não e possível encontrar uma primitiva para 1 2   s e n 2 θ enquanto ela estiver nessa forma, então, vamos usar duas relações trigonométricas para substituir essa função por uma que sabemos como encontrar uma primitiva.

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 )

Passando o seno ao quadrado para o outro lado, substituindo e simplificando, temos:

s e n 2 θ = 1 - cos ⁡ 2 θ 2  

Passo 3

Deu um pouco de trabalho, mas precisamos desse processo para encontrar a resposta.

Teremos então

∫ π 3 2 π 3 1 2 s e n 2 θ d θ = ∫ π 3 2 π 3 1 4 . 1 - cos ⁡ 2 θ d θ

Separando as integrais, e passando a constante para fora teremos:

∫ π 3 2 π 3 1 4 ⋅ 1 - cos ⁡ 2 θ d θ = 1 4 ⋅ ∫ π 3 2 π 3   d θ - ∫ π 3 2 π 3 cos ⁡ 2 θ   d θ

Uma primitiva da função constante é θ e uma primitiva da função cos ⁡ 2 θ é s e n 2 θ 2 , então teremos:

1 4 ⋅ ( ∫ π 3 2 π 3   d θ - ∫ π 3 2 π 3 cos ⁡ 2 θ   d θ ) =   1 4 ⋅ 2 π 3 - π 3 - 1 2 s e n 4 π 3 - s e n 2 π 3

1 4 ⋅ ( ∫ π 3 2 π 3   d θ - ∫ π 3 2 π 3 cos ⁡ 2 θ   d θ ) = 1 4 . π 3 - 1 2 - 3 2 - 3 2

1 4 ⋅ ( ∫ π 3 2 π 3   d θ - ∫ π 3 2 π 3 cos ⁡ 2 θ   d θ ) = 1 4 π 3 + 3 2

1 4 ⋅ ( ∫ π 3 2 π 3   d θ - ∫ π 3 2 π 3 cos ⁡ 2 θ   d θ ) = π 12 + 3 8

Resposta

Logo, a resposta é: π 6 - 3 4 - 1 2 .

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