USP-SEM CAMPUS- Cálculo 3 – prova 2 – 2022.1
O trabalho realizado pelo campo sobre um projeto que se move ao longo de uma curva onde é:
Passo 1
Olá amiguinho do Responde Aí, está tudo lá em cima?
Essa questão é uma questão bem típica de integral de linha, antes de colocar qualquer conta bruta no lápis vamos calcular o rotacional do campo.
O rotacional do campo é calculado porque se ele for 0, temos uma prova que o campo é conservativo e isso vai simplificar nossas contas.
Iae bora lá?
Passo 2
Para calcular o rotacional do campo vamos calcular o determinante da seguinte matriz:
Agora substituindo os elementos do nosso campo temos que:
Como queremos saber os números que multiplica os versores canônicos , iremos utilizar a regra de Laplace e veremos que o vetor rotacional é .
Opa, rotacional é nulo. Além disso, vemos que não existe nenhuma descontinuidade no nosso campo .
Segundo o Teorema de Green podemos afirmar que nosso campo é conservativo.
Sendo assim, temos que:
Sendo um campo escalar, chamado de função potencial. Utilizando o campo fornecido temos a seguinte igualdade:
Portanto temos o seguinte sistema de equações diferenciais:
Passo 3
Agora precisamos resolver os sistemas de equações para encontrar , para isso vamos primeiramente integrar última por ser mais simples.
Só que você tem que ligar uma coisinha, lembra o que as derivadas são parciais né?
Então, tanto o quanto o são constantes em relação a . Aí precisamos escrever a constante de integração assim:
Agora vamos derivar em relação a y.
Agora vamos igualar a segunda equação:
Agora vamos integrar em relação a y, assim temos que:
Lembrando, estamos em relação a . A constante ainda pode depender de portanto temos que:
Derivando em relação a e igualando a primeira equação temos que:
Logo, temos que:
Integrando em relação a temos que:
agora podemos afirmar que a função potencial é igual a:
realizando as operações, temos que:
Passo 4
Agora que temos a função potencial precisamos encontrar o ponto inicial e final da questão.
Para o ponto inicial, temos que . Sendo assim:
Já para encontrar o ponto final, vamos aplicar o extremo do parâmetro . Onde , gerando o seguinte ponto:
Agora vamos aplicar na função potencial:
Aplicando o potencial no segundo ponto:
Uma vez que o campo é conservativo, o trabalho que é calculado pela integral de linha se torna:
Resposta
Acredito que deve ter um erro na resposta, porém a que mais se assemelha é a alternativa c).