Exercícios Resolvidos de Caso Avançado

Ver Teoria

Enunciado

Parametrize a porção da esfera x 2 + y 2 + z 2 = 12 que não se encontra no interior do paraboloide z = x 2 + y 2 .

Passo 1

Primeiramente, sabemos que a parametrização de uma esfera é melhor em coordenadas esféricas, então já podemos atacar com a seguinte parametrização:

x 2 + y 2 + z 2 = r 2

Onde r 2 = 12 . Seguindo, temos:

σ θ , ϕ = x θ , ϕ ,     y θ , ϕ ,     z θ , ϕ

σ θ , ϕ = r cos ⁡ θ sen ⁡ ϕ ,     r sen ⁡ ( θ ) sen ⁡ ϕ ,     r cos ⁡ ϕ

Substituindo r :

r 2 = 12 → r = 2 3

σ θ , ϕ = 2 3 cos ⁡ θ sen ⁡ ϕ ,     2 3 sen ⁡ ( θ ) sen ⁡ ϕ ,     2 3 cos ⁡ ϕ

Podemos seguir com a limitação da esfera, que é estar fora do paraboloide.

Passo 2

Um ponto x ,   y ,   z está fora do paraboloide z = x 2 + y 2 se ele respeita a inequação:

z < x 2 + y 2

Como podemos averiguar pelo gráfico:

Portanto, arrumando malandramente, somamos z 2 em ambos lados:

z 2 + z < x 2 + y 2 + z 2 = 12

z 2 + z ≤ 12

z 2 + z - 12 ≤ 0

As raízes são:

z = - 1 ± 1 + 48 2

z = - 1 ± 7 2 → z = 3         o u         z = - 4

Mas como temos um paraboloide z deve ser sempre positivo, então eles se encontram em z = 3 E assim:

z ≤ 3

12 cos ⁡ ϕ ≤ 3

cos ⁡ ϕ ≤ 3 2 3

cos ⁡ ϕ ≤ 3 2

ϕ ≥ π 6

De resto o ϕ , por sua definição, pode ir até π , então:

π 6 ≤ ϕ ≤ π

O θ não tem restrições, com exceção daquela convencionada pela trigonometria:

0 ≤ θ ≤ 2 π

Resposta

σ θ , ϕ = 2 3 cos ⁡ θ sen ⁡ ϕ ,     2 3 sen ⁡ ( θ ) sen ⁡ ϕ ,     2 3 cos ⁡ ϕ

ϕ ∈ π 6 , π

θ ∈ 0,2 π

Exercícios de Livros Relacionados

Faça uma correspondência entre as equações e os gráficos identificados por I - V I e justifique sua resposta. Determine quais famílias de curvas da grade têm u constante e quais têm v constante. r u ,
Determine se os pontos PeQ estão na superfície dada. r u , v = u + v ,u - 2 v , 3 + u - v P 4 , - 5,1 , Q ( 0,4 , 6 )
Determine as equações paramétricas da superfície obtida pela rotação da curva y = e - x , 0 ≤ x ≤ 3 , em torno do eixo x e use-as para traçar o gráfico da superfície.
O que acontecerá com o tubo espiral do Exemplo 2 (veja a Figura 5 ) se substituirmos cos ⁡ u por sen ⁡ u e sen ⁡ u por cos ⁡ u ?O que acontecerá se substituirmos cos ⁡ u por cos ⁡ 2 u e sen ⁡ u por se
Faça uma correspondência entre as equações e os gráficos identificados por I - V I e justifique sua resposta. Determine quais famílias de curvas da grade têm u constante e quais têm v constante. x = c