Enunciado

Utilize o Teorema 10 para encontrar a curvatura.

r t = 3 t i + 4 s e n   t j + 4 cos ⁡ t k

Passo 1

Olá, meu querido. Vamos resolver essa atividade?

A gente tem a curva parametrizada:

r t = 3 t i + 4 s e n   t j + 4 cos ⁡ t k

E precisamos encontrar a curvatura, com a equação do Teorema 10 que é citado:

k t = r ' × r ' ' t r ' t 3

Primeiramente devemos obter a primeira e segunda derivadas da curva r ( t ) . Depois iremos substituir na fórmula.

Passo 2

O primeiro passo é obter a derivada da curva dada. Temos:

r ' t = ( 3 ,   4 cos ⁡ t ,   - 4   s e n   t )

A segunda derivada também precisa ser calculada:

r ' ' t = ( 0 ,   - 4   s e n   t ,   - 4 cos ⁡ t )

Como a primeira e a segunda derivas já foram calculadas, podemos agora calcular o produto vetorial delas:

r ' t × r ' ' t = i j k 3 4 cos ⁡ t - 4   s e n   t 0 - 4   s e n   t - 4 cos ⁡ t

r ' t × r ' ' t = - 16 s e n 2 t + cos 2 ⁡ t i + 12 cos ⁡ t   j - 12   s e n   t   k

Lembrando da identidade que s e n 2 θ + cos 2 ⁡ θ = 1 , portanto:

r ' t × r ' ' t = - 16 i + 12 cos ⁡ t   j - 12   s e n   t   k

Passo 3

O módulo do vetor tangente r ' ( t ) é:

r ' t = 3 2 + 4 cos ⁡ t 2 + - 4   s e n   t 2

r ' t = 9 + 16 ( s e n 2 t + cos 2 ⁡ t )

r ' t = 25

r ' t = 5

Já o módulo do produto vetorial calculado no Passo 2, é:

r ' t × r ' ' t = - 16 2 + 12 cos ⁡ t 2 + - 12   s e n   t 2

Calculando os quadrados:

r ' t × r ' ' t = 256 + 144 ( s e n 2 t + cos 2 ⁡ t )

Utilizando da identidade trigonométrica:

r ' t × r ' ' t = 400

r ' t × r ' ' t = 20

Passo 4

Substituindo os resultados, obtidos no passo anterior, dentro da fórmula citamos no passo 1 obtemos a curvatura da função vetorial dada.

k t = r ' t × r ' ' t r ' t 3

k t = 20 5 3

k t = 20 125

k t = 4 25

Resposta

k t = 4 25

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(a) Determine os vetores tangente e normal unitários T(t) e N(t).(b) Utilize a Fórmula 9 para encontrar a curvatura. r t = ( t 2 ,2 t ,lnt ⁡ )
Trace o gráfico da curva com equações paramétricas x = t y = 4 t 3 / 2 z = - t 2 E calcule a curvatura no ponto (1, 4, -1).