Enunciado

Encontre as equações paramétricas da superfície obtida pela rotação da curva y = 1 1 + x 2 , - 2 ≤ x ≤ 2 ao redor do eixo x e use-as para traçar o gráfico da superfície.

Passo 1

Fala, pessoal! Tranquilo?

Galera, antes de discutirmos os problemas, vamos pensar no que acontece quando rotacionamos um ponto ( x , y ) ao redor do eixo x . Nós teremos uma circunferência num plano paralelo ao plano y z de raio y , uma vez que é a distância do ponto ao eixo x . Nós podemos parametrizar essa equação da circunferência como ( x ,   y cos ⁡ θ ,   y sen ⁡ θ ) .

Agora, considere uma curva no plano x y dada por y = f ( x ) . Quando rotacionada ao redor do eixo x , temos uma superfície que é uma junção de circunferências com a seguinte representação paramétrica

( x ,   f x cos ⁡ θ ,   f x sen ⁡ θ )

Então, de acordo com o que achamos acima, vamos escrever nossos parâmetros como:

x = x

y = f ( x ) cos ⁡ θ

z = f ( x ) sen ⁡ θ

Onde o enunciado nos deu que:

f x = y = 1 1 + x 2

Com:

- 2 ≤ x ≤ 2

Daí é só jogarmos nossas equações paramétricas e as restrições para x em um software gráfico como o GeoGebra e obter nossa superfície.

Passo 2

Agora, quando nossa curva y = 1 1 + x 2 é rotacionada ao redor do eixo x , nós temos a superfície que a representação paramétrica é dada por:

x = x

E, fazendo a substituição:

y = 1 1 + x 2

Também temos:

y = 1 1 + x 2 cos ⁡ θ

E:

z = 1 1 + x 2 sen ⁡ θ

Aqui vemos que nossas funções paramétricas dependem de dois parâmetros, cuja variação é:

  • Para x : como o próprio enunciado nos deu:
  • - 2 ≤ x ≤ 2

    E:

  • Para θ : como não temos restrições para essa variável, ela pode assumir qualquer valor de ângulo:

0 ≤ θ ≤ 2 π

Passo 3

Usando um programa para traçar o gráfico, temos:

Resposta

A representação paramétrica é:

x = x

y = 1 1 + x 2 cos ⁡ θ

z = 1 1 + x 2 sen ⁡ θ

Com 0 ≤ θ ≤ 2 π e - 2 ≤ x ≤ 2 .

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