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 = 5 - t i ^ + 4 t - 3 j ^ + 3 t k ^           P ( 4,1 , 3 )

Passo 1

Olá, meu caro amigo. Irei te ajudar a resolver essa atividade. Temos a curva parametrizada:

r → t = 5 - t i ^ + 4 t - 3 j ^ + 3 t k ^        

E o ponto:

  P ( 4,1 , 3 )

Deveremos primeiro encontrar o comprimento desta curva partindo do ponto P e seguindo até um ponto genérico no sentido do aumento do parâmetro t .

Depois a gente vai ter que reparametrizar essa curva

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

d S d t = | r → ' t |

Então para encontrarmos S deveremos integrar.

Depois disso teremos um comprimento S em função de t , para que tenhamos então r S , precisamos encontrar a inversa de S t , precisamos ter a função de t S . Parece confuso, mas com calma tudo vai se ajeitar e você vai entender.

Passo 2

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

r → t = 5 - t i ^ + 4 t - 3 j ^ + 3 t k ^        

Derivando cada componente:

r → ' t = - 1,4 , 3

Calculando d S d t com e relação que a gente aprendeu:

d S d t = r → ' t = - 1 2 + 4 2 + 3 2 = 26

Podemos utilizar o ponto P para encontrar onde começa o limite de integração para poder calcular S ( t ) .

Quando t = 1 , temos exatamente o ponto P. Para verificar isso basta substiruir t = 1 em r → t :

P 4,1 , 3

E:

r → t = 5 - t i ^ + 4 t - 3 j ^ + 3 t k ^        

Qual o valor em de t em r t nos gera esse ponto P ?

5 - t = 4

t = 1

Passo 3

Então a função de comprimento de arco, partindo do ponto P e indo em direção ao crescimento de t , é:

S = S t = ∫ 1 t 26   d t

S = S t = 26 t 1 t

S t = 26 t - 1

Então temos que nossa equação para o comprimento da curva parametrizada é dada por:

S t = 26   t - 26

Desta forma agora iremos encontrar uma função para t S em função do comprimento da curva parametrizada, vamos isolar t na equação acima e teremos então a função que queremos:

t = 1 + S 26

Reparametrizando a curva r t , que antes era em função de t , substituindo o t que encontramos no passo anterior:

r → t S = 4 - S 26 i ^ + 4 S 26 + 1 j ^ + 3 + 3 S 26 k ^

Então o que a gente consegue agora é o valor do vetor em função ao comprimento da curva:

Passo 4

b) Quando S = 4 temos que r → t ( S ) é:

r → t ( 4 ) = 4 - 4 26 i ^ + 16 26 + 1 j ^ + 3 + 12 26 k ^

Resposta

a) r → t ( S ) = 4 - S 26 i ^ + 4 S 26 + 1 j ^ + 3 + 3 S 26 k ^

b) r → t ( 4 ) = 4 - 4 26 i ^ + 16 26 + 1 j ^ + 3 + 12 26 k ^

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