Exercícios Resolvidos Esboço e Análise de Conjuntos

Documentos relacionados
Exercícios Resolvidos Esboço de Conjuntos. Cortes

Teorema de Fubini. Cálculo de Integrais

Exercícios Resolvidos Mudança de Coordenadas

Teorema de Fubini. Cálculo de volumes

ANÁLISE MATEMÁTICA III A OUTONO Sobre Medida Nula

1. Mostre que os seguintes conjuntos são variedades e indique a respectiva dimensão: DF = 1 1 1

Exercícios Resolvidos Variedades

3 Cálculo Integral em R n

Lista 5: Superfícies. (e) x = 4 tan(t) (f) x = (g) x = 1 4 csc(t) y = cosh(2t)

Universidade Federal Fluminense Instituto de Matemática e Estatística Departamento de Matemática Aplicada. Cálculo 3A Lista 1

Lista 5: Superfícies Engenharia Mecânica - Professora Elisandra Bär de Figueiredo

Cálculo III-A Lista 1

Exercícios Resolvidos Integral de Linha de um Campo Escalar

CDI-II. Resumo das Aulas Teóricas (Semana 2) lim. k f(x k) = f(a)

Gráco de funções de duas variáveis

Superfícies e Curvas no Espaço

Aula Exemplos diversos. Exemplo 1

UC: Análise Matemática II. Representação geométrica para Integrais Múltiplos - Volumes

ANÁLISE MATEMÁTICA III CURSOS: LEAB, LEB, LEMG, LEMAT, LEN, LEQ, LQ. disponível em acannas/amiii

Geometria Analítica II - Aula

PARTE 4. ESFERAS E SUPERFÍCIES QUÁDRICAS EM GERAL (Leitura para Casa)

Exercícios sobre Trigonometria

FICHA DE TRABALHO 2 - RESOLUÇÃO

CDI-II. Resumo das Aulas Teóricas (Semana 5) 1 Extremos de Funções Escalares. Exemplos

LISTA DE PRÉ-CÁLCULO

Descrevendo Regiões no Plano Cartesiano e no Espaço Euclidiano

ANÁLISE MATEMÁTICA III A TESTE 2 31 DE OUTUBRO DE :10-16H. Duração: 50 minutos

3. Achar a equação da esfera definida pelas seguintes condições: centro C( 4, 2, 3) e tangente ao plano π : x y 2z + 7 = 0.

Universidade Federal da Bahia

Universidade Federal da Bahia

UFRJ - Instituto de Matemática Programa de Pós-Graduação em Ensino de Matemática Mestrado em Ensino de Matemática

1 Distância entre dois pontos do plano

ESCOLA SECUNDÁRIA DE ALBERTO SAMPAIO

Adriano Pedreira Cattai

MATEMÁTICA A - 10o Ano Geometria

MATEMÁTICA A - 10o Ano Geometria Propostas de resolução

Capítulo 19. Coordenadas polares

Preparação para o Teste de Maio 2012 (GEOMETRIA)

Derivadas de funções reais de variável real; Aplicação das derivadas ao estudo de funções e problemas de optimização. x ;

Aula 10 Regiões e inequações no plano

Exercícios de Matemática Geometria Analítica

Prova Escrita de MATEMÁTICA A - 12o Ano a Fase

Escola Secundária da Sé-Lamego Ficha de Trabalho de Matemática Ano Lectivo de 2003/04 Trigonometria 1 (Revisões) 12.º Ano

Cálculo IV EP5 Tutor

SUPERFÍCIES QUÁDRICAS

Concluimos dai que o centro da circunferência é C = (6, 4) e o raio é

INSTITUTO FEDERAL DE BRASILIA 4ª Lista. Nome: DATA: 09/11/2016

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO MATEMÁTICA A PROVA MODELO N.º 4 PROPOSTA DE RESOLUÇÃO 12.º ANO DE ESCOLARIDADE

Prova Escrita de MATEMÁTICA A - 12o Ano a Fase

Cálculo 3A Lista 6. Exercício 1: Apresente uma parametrização diferenciável para as seguintes curvas planas:

Escola Secundária com 3º ciclo D. Dinis 11º Ano de Matemática A Tema I Geometria no Plano e no Espaço II. TPC nº 5 (entregar no dia 6 ou )

LISTA DE CÁLCULO III. (A) Integrais Duplas. 1. Em cada caso, esboce a região de integração e calcule a integral: (e) (f) (g) (h)

CÁLCULO II - MAT0023. Nos exercícios de (1) a (4) encontre x e y em termos de u e v, alem disso calcule o jacobiano da

MATEMÁTICA MÓDULO 16 CONE E CILINDRO. Professor Haroldo Filho

1 Axiomatização das teorias matemáticas 30 2 Paralelismo e perpendicularidade de retas e planos 35 3 Medida 47

Coordenadas esféricas

Distância entre duas retas. Regiões no plano

Cálculo IV EP2 Tutor

Matemática B Intensivo V. 2

UNIDADE III LISTA DE EXERCÍCIOS

8.1 Áreas Planas. 8.2 Comprimento de Curvas

Proposta de Teste Intermédio Matemática A 11.º ano

ESCOLA SECUNDÁRIA COM 3º CICLO D. DINIS 10º ANO DE MATEMÁTICA A Teste de avaliação Grupo I

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE MATEMÁTICA Aluno(a): Professor(a): Curso:

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 2ª FASE 20 DE JULHO 2018 CADERNO 1

Prova Vestibular ITA 2000

MATEMÁTICA 3 ( ) A. 17. Sejam f(x) = sen(x) e g(x) = x/2. Associe cada função abaixo ao gráfico que. 2 e g.f 3. O número pedido é = 75

Matemática A. Teste Intermédio de Matemática A. Versão 1. Teste Intermédio. Versão 1. Duração do Teste: 90 minutos º Ano de Escolaridade

MATEMÁTICA A - 11o Ano Geometria -Trigonometria Propostas de resolução

INSTITUTO DE MATEMÁTICA - UFBA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA 2 a LISTA DE EXERCÍCIOS DE MAT CÁLCULO II-A. Última atualização:

SISTEMAS DE COORDENADAS

Escola Secundária com 3º ciclo D. Dinis 10º Ano de Matemática A Funções e Gráficos Generalidades. Funções polinomiais. Função módulo.

Matemática A. Versão 1. Na sua folha de respostas, indique de forma legível a versão do teste. Teste Intermédio de Matemática A.

Matemática. Resolução das atividades complementares. M21 Geometria Analítica: Cônicas

3º ANO DO ENSINO MÉDIO. 1.- Quais são os coeficientes angulares das retas r e s? 60º 105º. 0 x x. a) Escreva uma equação geral da reta r.

Universidade Federal de Viçosa. MAT Cálculo Diferencial e Integral III 2a Lista /II

Matemática A. Teste Intermédio de Matemática A. Versão 2. Teste Intermédio. Versão 2. Duração do Teste: 90 minutos º Ano de Escolaridade

Cálculo IV EP12 Tutor

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 1ª FASE 25 DE JUNHO 2019 CADERNO 1. e AV.

Curvas Planas em Coordenadas Polares

Cálculo III-A Lista 6

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 2ª FASE 20 DE JULHO 2018 CADERNO 1

P R O P O S T A D E R E S O L U Ç Ã O D O E X A M E T I P O 4

Respostas dos Exercícios de Fixação

FICHA FORMATIVA. Represente, pelas suas projecções, a recta p, perpendicular ao plano alfa.

Aula Exemplos e aplicações - continuação. Exemplo 8. Nesta aula continuamos com mais exemplos e aplicações dos conceitos vistos.

UFRJ - Instituto de Matemática

1. Superfícies Quádricas

Construções de Dandelin

FACULDADE DE ARQUITECTURA DA UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA ÁREA CIENTÍFICA DE DESENHO E COMUNICAÇÃO GRUPO DE DISCIPLINAS DE GEOMETRIA

Dizemos que uma superfície é um cilindro se na equação cartesiana da superfície há uma variável que não aparece.

Aula 4. Coordenadas polares. Definição 1. Observação 1

7 Derivadas e Diferenciabilidade.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA LISTA DE EXERCÍCIOS DE MAT243-CÁLCULO III

Prova Escrita de MATEMÁTICA A - 12o Ano Época especial

x 3 x3 dx = 1 + x2 u = 1 + x 2 5u 1 (u + 1)(u 1) du = A x ln xdx = x2 2 (ln x)2 x2 x2

Integrais Duplas. 1. Em cada caso, esboce a região de integração e calcule a integral: x 2 y 2 dxdy; (a) (b) e x+y dxdy; (c) x 1+y 3 dydx; (d)

Escola Secundária com 3º ciclo D. Dinis. 10º Ano de Matemática A. Geometria no Plano e no Espaço I

x = 4 2sen30 0 = 4 2(1/2) = 2 2 e y = 4 2 cos 30 0 = 4 2( 3/2) = 2 6.

Transcrição:

Instituto uperior Técnico Departamento de Matemática ecção de Álgebra e Análise Eercícios Resolvidos Esboço e Análise de Conjuntos Eercício Esboce detalhadamente o conjunto descrito por = {(,, ) R 3 :,, + + +, + } Resolução: As superfícies e = + + () = + () são superfícies de revolução em torno do eio O ( é função apenas da distância r = + de (, ) a (, )). Assim, para esboçar o conjunto definido pelas condições,, + + + (3) basta considerar a intersecção das superfícies com o plano coordenado O (ver figura ). (, ) = + = Figura : Intersecção das superfícies com o plano coordenado O A região descrita em (3) é a que se obtém rodando a figura em torno do eio O sobre o primeiro quadrante do plano O. Ou seja, é a região entre os gráficos dos parabolóides de revolução () e () sobre o quarto de círculo +,, O conjunto é a porção desta região que se encontra sob o plano + = (4) cuja intersecção com o primeiro octante é descrita na figura. Assim, é limitado inferiormente pelo parabolóide () e superiormente pelo parabolóide () ou pelo plano (4). Resta agora determinar a região do plano O sobre a qual é limitada superiormente pelo plano e a região sobre a qual é limitada superiormente pelo parabolóide (). Para isto é necessário calcular a intersecção do plano com os parabolóides.

+ = Figura : O plano + = no primeiro octante A intersecção do plano com o parabolóide () é dada por { = + = { + + = = Portanto a projecção desta intersecção no plano O é o arco de circunferência + ( + ) = 5 4,, A região limitada por este arco e os eios coordenados O e O é a região onde + e portanto é a projecção de no plano O. A intersecção do plano com o parabolóide () é dada por { = + + = { + + = = A projecção desta intersecção no plano O é o arco de circunferência + ( + ) =,, A região limitada por este arco e os eios coordenados O e O é a região onde + + e portanto é a região onde é limitado superiormente pelo parabolóide (). A figura 3 descreve a projecção de no plano O. obre a região I, é formada pelos pontos entre os dois parabolóides e sobre a região II é formada pelos pontos entre o parabolóide () e o plano (4). Com esta informação podemos agora esboçar o conjunto na figura 4.

5 II + ( + ) = 5 4 I + ( + ) = Figura 3: Projecção de no plano O (,, ) I II Figura 4: Esboço do Conjunto Eercício Descreva detalhadamente os cortes perpendiculares aos eios coordenados sobre o sólido definido por = {(,, ) R 3 : + + < ; > ; > ; > } Resolução: Na figura 5 encontra-se um esboço do conjunto em que se representam os planos dados pelas equações + + = ; = ; = ; =. Note-se que no plano = as rectas = e + = intersectam-se no ponto de coordenadas (,, ). Portanto, para descrever os cortes em, perpendiculares aos eios coordenados, devemos fiar a variável no intervalo ], [ e cada uma das variáveis e no intervalo ], [.. Fiando < < obtemos o corte em descrito pelas inequações + < ; > ; > 3

+ + = / = / + = Figura 5: Esboço do sólido. < < + + = + = / = / + = = Figura 6: Corte em perpendicular a. e que se representa na figura 6.. Para obter o corte em perpendicular ao eio fiamos a variável no intervalo ], [. A respectiva descrição é dada pelas inequações + < ; > ; > e a sua representação gráfica encontra-se na figura 7. 3. Dado que da inequação + + <, obtemos > ; > ; > ; > < < Portanto, sendo >, para fiar no intervalo ], [, devemos considerar dois casos: 4

< < / + + = / = / + = + = Figura 7: Corte em perpendicular a. < < / + + = + = / = / + = Figura 8: Corte em perpendicular a para < <. Para < <, temos o corte descrito por e que se representa na figura 8. < ; + < ; > Para < < a condição > é supérflua e o corte perpendicular ao eio é descrito por + < ; > ; > e representado na figura 9. 5

+ + = / < < / = / + = + = Figura 9: Corte em perpendicular a para < <. Eercício 3 Esboce detalhadamente o subconjunto de R 3 limitado pelos planos coordenados e pelos planos + + = 3, + = e =. Discuta as superfícies que se obtêm quando é cortado por planos paralelos aos planos coordenados. Resolução: Do sistema de equações { + + = 3 + = obtemos { + = = ou seja, o plano dado pela equação + + = 3 e o plano dado pela equação + = intersectam-se segundo a recta definida por + =, =. Esta recta intersecta o plano coordenado = no ponto (,, ). O plano dado pela equação = e o plano dado por + + = 3 intersectam-se segundo a recta definida por + =, =. Esta recta intersecta o plano = no ponto (,, ). Note-se também que o plano definido por + = passa pela origem e que o conjunto é simétrico em relação ao plano =. Portanto, podemos concluir que Na direcção do eio eistem duas regiões a distinguir: uma em que < < e outra em que < <. Para a região em que < <, os cortes com fio (perpendiculares ao eio ) são triângulos limitados pelos eios e e pela recta de equação + = 3, tal como se ilustra na figura. Para < <, os cortes com fio são também triângulos limitados pelos eios e e pela recta de equação + =. Na direcção do eio eistem também duas regiões distintas: uma em que < < e outra em que < <. 6

= (,, ) + + = 3 < < + = 3 (,, ) + = Figura : Esboço de e corte segundo < < fio. Para a região em que < <, os cortes perpendiculares ao eio são quadriláteros limitados pelo eio, pela recta =, pela recta + = 3 e pela recta = tal com se mostra na figura. = (,, ) + + = 3 (,, ) + = < < + = 3 = Figura : Esboço de e corte segundo < < fio. Para a região em que < <, os cortes com fio são triângulos limitados pelo eio, pela recta + = 3 e pela recta = como se ilustra na figura. Devido à simetria de, na direcção do eio passa-se o mesmo que na direcção do eio com as devidas modificações. 7

= (,, ) + + = 3 (,, ) + = < < + = 3 = Figura : Esboço de e corte segundo < < fio. Eercício 4 Descreva detalhadamente os cortes perpendiculares aos eios coordenados sobre o sólido definido da forma seguinte: = {(,, ) R 3 : + + < ; < ; > ; > } Resolução: Na figura 3 apresenta-se um esboço do sólido em que o ponto P, que resulta da intersecção entre o plano =, o plano = e a superfície esférica + + =, tem coordenadas (,, ). + + = = P Figura 3: Esboço do sólido. Consideremos um corte sobre e perpendicular ao eio, ou seja, consideremos a intersecção de com um plano em que a coordenada é constante. Dado que + + < e > então < < em. 8

+ + = < < = P = Q + = Figura 4: Corte segundo um plano em que é constante. Tendo fiado no intervalo ], [, obtemos o corte em + < ; < ; > e que se representa na figura 4. Trata-se de um sector circular de raio, entre o eio positivo e a recta =. A circunferência de raio e a recta = intersectam-se ( ) sobre o ponto Q de coordenadas,. + + = < < / R < < / = P Figura 5: Corte segundo um plano em que < < é constante.. Para o corte segundo um plano perpendicular ao eio, fiamos < <. Dado que + + < ; < então <, o que significa que < < Assim, sendo <, temos dois casos a considerar: 9

+ + = / < < R + = = P Figura 6: Corte segundo um plano em que < < é constante. < < que produ o corte definido por e representado na figura 5. + < ; < < < < que produ o corte definido por e representado na figura 6. + < ; > ; > + + = < < / R T + = / = P Figura 7: Corte segundo o plano em que < < é constante. 3. Do caso anterior, temos < < e o respectivo corte é dado por + < ; > que se representa na figura 7. O ponto T de intersecção entre a circunferência de raio e a recta = tem coordenadas (, ).

Eercício 5 Considere o sólido definido por, = {(,, ) R 3 : + < < ; > ; > }. Descreva detalhadamente os cortes de perpendiculares aos eios coordenados. Resolução: O sólido situa-se no semi-espaço <, é limitado inferiormente pelo cone de equação = + e superiormente pelo parabolóide descrito por =. Como o vértice do parabolóide = é o ponto (,, ), a coordenada assume todos os valores do intervalo [, ]. eja ρ = +,i.e., a distância ao eio O. Para determinar a intersecção entre o cone e o parabolóide, resolve-se a equação ρ + ρ =, donde se conclui que a intersecção ocorre numa circunferência de raio R = ( 5 )/, contida no plano = R. Assim, para os cortes perpendiculares ao eio O há dois casos a considerar: [, R] e [R, ]. No primeiro caso o corte é limitado pela intersecção com o cone, enquanto no segundo caso o corte é limitado pela intersecção com a bola. As figuras 8 e 9 ilustram estes cortes. = + = Figura 8: Corte perpendicular ao eio O, com [, R] Das figuras 8 e 9, concluímos que, em, varia entre e R. Para cortes perpendiculares ao eio O há também dois casos a considerar: [, R ] e [ R, R]. No primeiro caso a figura que se obtém é limitada à direita pela intersecção com o plano = e, no segundo caso, a figura é limitada à direita pela intersecção com a bola e o cone. As figuras e ilustram estes cortes. Analisando de novo as figuras 8 e 9, concluímos que varia entre e R/, em. Para os cortes perpendiculares ao eio O há apenas um caso a considerar, que é ilustrado pela figura

= + = Figura 9: Corte perpendicular ao eio O, com [R, ] = = R Figura : Corte perpendicular ao eio O, com [, R ] Eercício 6 Considere a região V R 3 definida pelas seguintes condições { 4 ( + ), se + a) Esboce a região V. 3 ( + ), se < + 3. b) Descreva detalhadamente os cortes obtidos pela intersecção de V com os planos horiontais, ou seja, constante para 4. Resolução: a) V é o volume compreendido entre plano e os parabolóides de equações = 4 ( + ), quando +, e = 3 ( + ), quando < + 3 (ver figura 3). Obtemos

= R = R Figura : Corte perpendicular ao eio O, com [ R, R] = R = R Figura : Corte perpendicular ao eio O, [, R ] assim um sólido de revolução, limitado por cima pela superfície obtida por revolução à volta do eio dos do gráfico da função { = 4 = f() =, se = 3, se < 3. De facto, um corte vertical de V segundo =, para, fornece uma área que está compreendida entre o eio dos, com 3, e o gráfico de f() (ver figura 4). b) Como V é um sólido de revolução, sendo o eio de simetria, os cortes com fio vão ser círculos. Para = 4, vamos ter o corte {(,, ) R 3 : =, + (4 )/} que representa um disco de raio (4 )/ centrado no eio dos e à altura =. Para = <, vamos ter o corte {(,, ) R 3 : =, + 3 } que representa um disco de raio 3 centrado no eio dos e à altura =. 3

4 = 4 ( + ) = 3 ( + ) 3 Figura 3: Esboço de V 4 = 4 = 3 3 Figura 4: Gráfico da função f 4

Eercício 7 Considere o conjunto R 3 definido por = {(,, ) R 3 : < <, > +, < < 4, + + ( ) > }. a) Esboce o conjunto. b) Descreva detalhadamente os cortes por planos perpendiculares aos eios dos e dos. Resolução: a) A região é limitada pelos planos verticais = e =, pelos planos horiontais = e = 4, pela superfície cónica = + = ± +, e pela superfície esférica de centro em (,, ) e raio, dada pela equação + + ( ) =. O sólido tem portanto o aspecto indicado na Figura 5. 4 3 4 + = 6 = Figura 5: Esboço do sólido. b) Os planos perpendiculares ao eio O são os definidos por equações da forma = c com c constante (que podemos assumir, senão a intersecção com seria vaia). O corte por este plano é formado pelo conjunto {(c,, ) R 3 : c <, > c +, < < 4, c + + ( ) > } No plano (, ) esta região consiste no conjunto dos pontos que estão à direita da recta = c, acima da hipérbole = c +, na faia < < 4 e que satisfaem a relação + ( ) > c. Esta inequação é automáticamente satisfeita se c < c uma ve que + ( ). Por outro lado, mesmo para c, se c c então o círculo + ( ) c está contido na região à esquerda da recta vertical = c e, portanto, a relação + ( ) > c pode ser ignorada (é mais fraca do que a condição > c). Note-se que c = c c = c c = c = 5

(onde usámos o facto de c ser ) logo temos de entrar em conta com a relação c + + ( ) > apenas se c. Outra forma de pensar nisto é a seguinte: é o valor a partir do qual um plano paralelo ao plano não toca no buraco do cone. Corresponde ao raio do buraco multiplicado pelo coseno de 45 graus. Assim, para c, o corte do sólido pelo plano = c tem o aspecto indicado na Figura 6. 4 + c = c + c c c 6 c Figura 6: Cortes de por planos = c com c. O maior valor que c pode tomar para que a intersecção de com = c seja não vaia é a abcissa do ponto sobre a circunferência de raio 4 que fa um ângulo de 45 graus com o eio dos (esta é a coordenada do vértice de mais próimo do observador na Figura 5). Este valor é 4 cos π 4 =. Outra maneira de chegar a este valor máimo de c seria calcular qual é o valor de c em que a recta vertical = c e a hipérbole = c + se intersectam em = 4. Para c temos então que o corte pelo plano = c é o indicado na Figura 7 (a única diferença é que a condição de estar fora da esfera de raio centrada em (,, ) não tem influência no corte). 4 = c + c c 6 c Figura 7: Cortes de por planos = c com c. Os cortes por planos perpendiculares ao eio dos, isto é por planos = c com c 4 faem-se de forma análoga: o corte é o conjunto dos pontos {(,, c) R 3 : < <, + < c, + > (c ) }. 6

e (c ) c ou c 3 a última condição é automática (os planos horiontais a altura c não intersectam o buraco para estes valores de c) e portanto o corte consiste num sector do círculo de raio c (ver Figura 8). c c + = c = Figura 8: Cortes de por planos = c com c ou 3 c 4. e c 3 então o corte consiste num sector entre as circunferências de raio (c ) e c (ver Figura 9). c + = c c (c ) = Figura 9: Cortes de por planos = c com c 3. 7