Exercícios Resolvidos de Caso Escalar R³

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Enunciado

Considere a superfície S definida pela parametrização

r s , t = s + t ,   3 s 2 ,   s - t

Com s ,   t   ∈ R .

  1. Encontre uma equação cartesiana para a superfície S. Faça um esboço.
  2. Escreva o elemento de superfície dS para S e a integral usada para o cálculo da área S.
  3. Determine a equação do plano tangente a S no ponto definido por (2,3,0).

Passo 1

1) Observe que x = s + t ,   y = 3 s 2   e   z = s - t

x + z = 2 s

Dentro de Y nós temos 3 s 2 . Logo, y = x + z 2 . 3 4

Passo 2

Passo 3

Passo 4

2) Escreva o elemento de superfície dS para S e a integral usada para o cálculo da área S.

Vamos começar com as derivadas para caulcular a matriz do termo ds:

A derivada da parametrização em função de s fica:

r s , t = s + t ,   3 s 2 ,   s - t

r s = ( 1 ,   6 s ,   1 )

A derivada em função de t fica:

r t = ( 1 ,   0 ,   - 1 )

Então ficamos com:

i j k 1 6 s 1 1 0 - 1

= 2 ( - 3 s ,   1 ,   - 3 s )

Tirando então o módulo ficamos com:

d S = 2 1 + 18 s 2

O cálculo da área será dado então por:

∬ S 2 1 + 18 s 2   d s d t

Passo 5

3) Determine a equação do plano tangente a S no ponto definido por (2,3,0).

Vamos ver os valores de s e t para esse ponto.

( s + t ,   3 s 2 ,   s - t ) = ( 2,3 , 0 )

Logo,

s + t = 2 3 s 2 = 3 s - t = 0

Ficamos então com s=t=1.

O vetor normal será então:

i j k 1 6 s 1 1 0 - 1

= 2 ( - 3 s ,   1 ,   - 3 s )

Aplicando no ponto (1,1) ficamos com:

( - 6   2 ,   - 6 )

Com isso ficamos com o plano tangente sendo:

3 x - 2 y + 3 z = 3

Resposta

1.1   y = x + z 2 3 4

1.2   d S = 2 1 + 18 s 2 ∬ S 2 1 + 18 s 2   d s d t

1.3   3 x - 2 y + 3 z = 3

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