Enunciado

Encontre o comprimento da curva para 4 casas decimais. (Use uma calculadora para aproximar a integral.)

r → t = cos ⁡ π t , 2 t , sen ⁡ 2 π t ,       p a r a   1,0 , 0   a t é   ( 1,4 , 0 )

Passo 1

Olá, meu amigo. Irei te ajudar a resolver essa atividade de cálculo.

Dada a curva parametrizada:

r → t = cos ⁡ π t , 2 t , sen ⁡ 2 π t

Iremos calcular o comprimento dessa curva entre os pontos:

1,0 , 0 → 1,4 , 0

O comprimento de uma curva é dado pela seguinte relação:

L = ∫ a b d x d t 2 + d y d t 2 + d z d t 2 d t

Então iremos precisar utilizar dessa fórmula para encontrarmos o comprimento. Deveremos então derivar as componentes x ,   y ,   z da nossa curva para conseguirmos resolver essa atividade.

Já em relação ao intervalo de integração, deveremos encontrar para quais valores de t nossa componente y ( t ) vai de 0 a 2 t . Escolhemos a componente y ( t ) pois é a única componente que muda.

Passo 2

Para a nossa curva, temos:

x = cos ⁡ π t ;   y = 2 t   ; z = sen ⁡ 2 π t

Os limites de integração a e b corresponde aos valores de t no qual obtemos os pontos ( 1,0 , 0 ) e ( 1,4 , 0 ) .

Para t = 0 , obtemos:

x = cos ⁡ 0 = 1 ;   y = 0   ;   z = sen ⁡ 0 = 0

Para t = 2 , obtemos:

x = cos ⁡ 2 π = 1   ;   y = 4   ;   z = sen ⁡ 4 π = 0

Desta forma os limites de integração são:

a = 0   ;   b = 2

Passo 3

Calculando as derivadas que estão dentro da raíz na integral:

d x d t = - π sen ⁡ π t

d y d t = 2

d z d t = 2 π cos ⁡ 2 π t

Passo 4

Portanto o comprimento da curva é:

L = ∫ 0 2 - π sen ⁡ π t 2 + 2 2 + 2 π cos ⁡ 2 π t 2 d t

Elevando ao quadrado:

L = ∫ 0 2 π 2 sen 2 ⁡ π t + 4 + 4 π 2 cos 2 ⁡ 2 π t   d t

Para calcularmos essa integral precisamos de uma calculadora científica, pois a mesma não é resolvida por métodos elementares.

L ≈ 10,3311

Resposta

L ≈ 10,3311

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