Enunciado

Nos exercícios de 39 a 46 , encontrar a integral que dá o comprimento total da curva dada.

Passo 1

Sabendo que a equação que define o comprimento de arco de uma curva é dada por:

s = ∫ θ 0 θ 1 f ' θ 2 + f θ 2 d θ

Se torna necessário definir a primeira derivada da função da curva fornecida no enunciado e o intervalo de integração necessário.

Para auxiliar na resolução do exercício, pode-se notar que a equação dada representa um limaçom visto que ela tem a forma de:

r = a ± b s e n θ

Além disso, visto que a função é simétrica em relação ao eixo polar, é possível calcular metade do comprimento da curva de - π / 2 a π / 2 , tal que o comprimento total será duas vezes o resultado obtido.

Passo 2

Logo, o que deve ser determinado é:

d d θ r = d d θ 4 + 2 s e n θ = 2 c o s θ

Portanto, substituindo na equação do comprimento de curva:

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 2 c o s θ 2 + 4 + 2 s e n θ 2 d θ

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 4 c o s 2 θ + 16 + 16 s e n θ + 4 s e n 2 θ d θ

Logo:

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 4 s e n 2 θ + c o s 2 θ + 16 + 16 s e n θ d θ

Lembrando que s e n 2 x + c o s 2 x = 1 :

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 4 + 16 + 16 s e n θ d θ

Portanto:

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 20 + 16 s e n θ d θ

s = 2 ∫ - π / 2 π / 2 4 5 + 4 s e n θ d θ = 4 ∫ - π / 2 π / 2 5 + 4 s e n θ d θ

Resposta

4 ∫ - π / 2 π / 2 5 + 4 s e n θ d θ

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