Enunciado

(a) Encontre a função de comprimento de arco para a curva medida a partir do ponto P na direção de aumento de t, em seguida reparametrize a curva em realação ao comprimento de arco para o ponto P, e (b) encontre o ponto 4 unidades ao longo da curva (na direção de aumento de t) para P.

r → t = e t sen ⁡ t i ^ + e t cos ⁡ t j ^ + 2 ∙ e t k ^           P ( 0,1 , 2 )

Passo 1

Eai! Tranquilo?

Vamos falar um pouco sobre a estratégia de resolução dessa questão?

Vamos calcular a derivada, encontrar a magnitude para obter a função de comprimento de arco. E finalmente determinar o ponto a certa distâcia ao longo da curva

Vamos começar! 😊

Passo 2

A função de comprimento de arco de uma curva é dado por S ( t ) , mas sabemos que sua derivada é:

d S d t = | r → ' t |

Passo 3

a) Como r → t é uma função vetorial a sua derivada corresponde a derivada de cada componente, então calculando a derivada obtemos:

r → t = d d t ( e t sen ⁡ t i ^ + e t cos ⁡ t j ^ + 2 ∙ e t k ^ )

r → ' t = e t sen ⁡ t + e t cos ⁡ t , e t cos ⁡ t - e t sen ⁡ t , 2 e t

Calculando d S d t para obter o comprimento de arco, precisamos da magnitude de r ' ( t ) :

d S d t = r → ' t = e t sen ⁡ t + e t cos ⁡ t 2 + e t cos ⁡ t - e t sen ⁡ t 2 + 2 e t 2

d S d t = 4 e 2 t

d S d t = 2 e t

Passo 4

Agora integramos essa magnitude de t = 0 até t :

S = S t = ∫ 0 t 2 e t '   d t ' =

S t = 2 e t - 2

Esta é a função de comprimento de arco s t que mede a distância ao longo da curva a partir do ponto inicial P .

Passo 5

Vamos agora reparametrizar a curva em função do comprimento de arco s , expressamos t em termos de s :

S = 2 e t - 2

S = 2 e t - 1

S 2 = e t - 1

S 2 + 1 = e t

t = ln ⁡ S 2 + 1

Substituimos esta expressão na função original r ( t ) para obter r ( S ) :

r S = r ln ⁡ S 2 + 1

Isso resulta em:

r s = S 2 ​ + 1 s e n l n S 2 ​ + 1 i + S 2 ​ + 1 c o s l n S 2 ​ + 1 j + 2 ​ S 2 ​ + 1 k

Passo 6

Finalmente para encontrar o ponto que está 4 unidades de comprimento de arco ao longo da curva a partir de P , definimos S = 4 :

t = ln ⁡ 4 2 + 1 = ln ⁡ 3

Substituimos t = l n ⁡ ( 3 ) na curva original.

r ln ⁡ 3 = 3   s e n   ln ⁡ 3 i + 3 cos ⁡ ( ln ⁡ 3 ) ) j + 3 2 k

Portanto, o ponto desejado na curva, 4 unidades de comprimento de arco a partir de P , é:

3   s e n   ln ⁡ 3 , 3 cos ⁡ ln ⁡ 3 , 3 2

Resposta

a) r → t ( S ) = S 2 + 1 sen ⁡ ln ⁡ S 2 + 1 i ^ + S 2 + 1 cos ⁡ ln ⁡ S 2 + 1 j ^ + 2 S 2 + 1 k ^

b) r → t ( 4 ) = 3 sen ⁡ ln ⁡ 3 i ^ + 3 cos ⁡ ln ⁡ 3 j ^ + 3 2 k ^

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