Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 2 - 8ª Edição - James Stewart- Ed: 8º - Capítulo 13.3 - Ex. 13
(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.
Passo 1
Olá, meu caro amigo. Irei te ajudar a resolver essa atividade. Temos a curva parametrizada:
E o ponto:
Deveremos primeiro encontrar o comprimento desta curva partindo do ponto e seguindo até um ponto genérico no sentido do aumento do parâmetro .
Depois a gente vai ter que reparametrizar essa curva
A função de comprimento de arco de uma curva é dada por , mas sabemos que sua derivada é:
Então para encontrarmos deveremos integrar.
Depois disso teremos um comprimento em função de , para que tenhamos então , precisamos encontrar a inversa de , precisamos ter a função de . Parece confuso, mas com calma tudo vai se ajeitar e você vai entender.
Passo 2
a) Como é uma função vetorial a sua derivada corresponde a derivada de cada componente, então calculando a derivada obtemos:
Derivando cada componente:
Calculando com e relação que a gente aprendeu:
Podemos utilizar o ponto P para encontrar onde começa o limite de integração para poder calcular .
Quando , temos exatamente o ponto P. Para verificar isso basta substiruir em :
E:
Qual o valor em de em nos gera esse ponto ?
Passo 3
Então a função de comprimento de arco, partindo do ponto e indo em direção ao crescimento de , é:
Então temos que nossa equação para o comprimento da curva parametrizada é dada por:
Desta forma agora iremos encontrar uma função para em função do comprimento da curva parametrizada, vamos isolar na equação acima e teremos então a função que queremos:
Reparametrizando a curva , que antes era em função de , substituindo o que encontramos no passo anterior:
Então o que a gente consegue agora é o valor do vetor em função ao comprimento da curva:
Passo 4
b) Quando temos que é:
Resposta
a)
b)