Exercícios resolvidos P2

Documentos relacionados
Aula 19 Teorema Fundamental das Integrais de Linha

Exercícios Resolvidos Integral de Linha de um Campo Vectorial

4.1A Esboce o grá co de cada curva dada abaixo, indicando a orientação positiva. cos (1=t), para 0 < t 1 e y 0 (0) = 0. Sendo esta derivada

Objetivos. Apresentar as superfícies regradas e superfícies de revolução. Analisar as propriedades que caracterizam as superfícies regradas e

CAMPOS CONSERVATIVOS NO PLANO

9. Derivadas de ordem superior

PARTE 2 FUNÇÕES VETORIAIS DE UMA VARIÁVEL REAL

Introdução ao estudo de equações diferenciais

LISTA DE EXERCÍCIOS DE CAMPOS CONSERVATIVOS NO PLANO E NO ESPAÇO. CURVAS PARAMETRIZADAS, INTEGRAIS DE LINHA (COM RESPEITO A COMPRIMENTO DE ARCO).

Seja D R. Uma função vetorial r(t) com domínio D é uma correspondência que associa a cada número t em D exatamente um vetor r(t) em R 3

IBM1018 Física Básica II FFCLRP USP Prof. Antônio Roque Aula 6. O trabalho feito pela força para deslocar o corpo de a para b é dado por: = =

por séries de potências

Ponto, reta e plano no espaço tridimensional, cont.

Lista 2 - Vetores II. Prof. Edu Física 2. O que é necessário para determinar (caracterizar) uma: a) grandeza escalar? b) grandeza vetorial?

Álgebra Linear I Solução da 5ª Lista de Exercícios

Aula 6 Derivadas Direcionais e o Vetor Gradiente

Lista 1 para a P2. Operações com subespaços

Capítulo 1. x > y ou x < y ou x = y

APLICAÇÕES DA DERIVADA

GAAL /1 - Simulado - 1 Vetores e Produto Escalar

Nesta aula iremos continuar com os exemplos de revisão.

Números Complexos. Capítulo Unidade Imaginária. 1.2 Números complexos. 1.3 O Plano Complexo

Lista de Exercícios sobre trabalho, teorema de Green, parametrizações de superfícies, integral de superfícies : MAT

Intuitivamente, podemos pensar numa superfície no espaço como sendo um objeto bidimensional. Existem outros modos de se representar uma superfície:

Cálculo em Computadores trajectórias 1. Trajectórias Planas. 1 Trajectórias. 4.3 exercícios Coordenadas polares 5

A abordagem do assunto será feita inicialmente explorando uma curva bastante conhecida: a circunferência. Escolheremos como y

Complementos de Análise Matemática

4.2 Produto Vetorial. Orientação sobre uma reta r

Potenciação no Conjunto dos Números Inteiros - Z

1 Módulo ou norma de um vetor

INSTITUTO TECNOLÓGICO

Resolução de sistemas lineares

Resumo com exercícios resolvidos do assunto: Funções de duas ou mais variáveis.

IBM1018 Física Básica II FFCLRP USP Prof. Antônio Roque Aula 4

Integrais Duplas e Coordenadas Polares. 3.1 Coordenadas Polares: Revisão

7 AULA. Curvas Polares LIVRO. META Estudar as curvas planas em coordenadas polares (Curvas Polares).

Departamento de Matemática - UEL Ulysses Sodré. Arquivo: minimaxi.tex - Londrina-PR, 29 de Junho de 2010.

3.4 Movimento ao longo de uma curva no espaço (parte segunda)

3.3 Espaço Tridimensional - R 3 - versão α 1 1

4. Curvas planas. T = κn, N = κt, B = 0.

Cap. 7 - Fontes de Campo Magnético

Exemplos de aplicação das leis de Newton e Conservação do Momento Linear

MAT Cálculo Diferencial e Integral II - 2 semestre de 2012 Registro das aulas e exercícios sugeridos - Atualizado

Exercícios Resolvidos Integrais de Linha. Teorema de Green

Por que o quadrado de terminados em 5 e ta o fa cil? Ex.: 15²=225, 75²=5625,...

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

5 Equacionando os problemas

Curvas em coordenadas polares

Exercícios Teóricos Resolvidos

NUMEROS COMPLEXOS NA FORMA TRIGONOMÉTRICA

Tópico 02: Movimento Circular Uniforme; Aceleração Centrípeta

Vetores. Definição geométrica de vetores

Resolução dos Exercícios sobre Derivadas

Lista 4. 2 de junho de 2014

APOSTILA TECNOLOGIA MECANICA

Retas e Planos. Equação Paramétrica da Reta no Espaço

Lista de Exercícios - Integrais

Definição. A expressão M(x,y) dx + N(x,y)dy é chamada de diferencial exata se existe uma função f(x,y) tal que f x (x,y)=m(x,y) e f y (x,y)=n(x,y).

Já vimos que a energia gravitacional entre duas partículas de massas m 1 e m 2, com vetores posição em r 1 e r 2, respectivamente, é dada por

Notas de Cálculo Numérico

x 1 f(x) f(a) f (a) = lim x a

Todos os exercícios sugeridos nesta apostila se referem ao volume 1. MATEMÁTICA I 1 FUNÇÃO DO 1º GRAU

Åaxwell Mariano de Barros

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia II

Somatórias e produtórias

a 1 x a n x n = b,

Funções algébricas do 1º grau. Maurício Bezerra Bandeira Junior

Função. Definição formal: Considere dois conjuntos: o conjunto X com elementos x e o conjunto Y com elementos y. Isto é:

1 A Integral por Partes

x0 = 1 x n = 3x n 1 x k x k 1 Quantas são as sequências com n letras, cada uma igual a a, b ou c, de modo que não há duas letras a seguidas?

Texto 07 - Sistemas de Partículas. A figura ao lado mostra uma bola lançada por um malabarista, descrevendo uma trajetória parabólica.

As assíntotas são retas que passam no centro da hipérbole e tem coeficiente angular m = b / a e m = b / a, logo temos:

ITA º DIA MATEMÁTICA BERNOULLI COLÉGIO E PRÉ-VESTIBULAR

FICHA DE TRABALHO 6 - RESOLUÇÃO

4.2 Teorema do Valor Médio. Material online: h-p://

Notas de aula número 1: Otimização *

1.1 Domínios e Regiões

Aula 18 Elipse. Objetivos

Calculando distâncias sem medir

2ª fase. 19 de Julho de 2010

O coeficiente angular

CINEMÁTICA - É a parte da mecânica que estuda os vários tipos de movimento, sem se preocupar com as causas destes movimentos.

Uma lei que associa mais de um valor y a um valor x é uma relação, mas não uma função. O contrário é verdadeiro (isto é, toda função é uma relação).

(x, y) = (a, b) + t*(c-a, d-b) ou: x = a + t*(c-a) y = b + t*(d-b)

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS. DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E FÍSICA Disciplina: FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I (MAF 2201) Prof.

Movimentos Periódicos: representação vetorial

Capítulo 5: Aplicações da Derivada

Análise de Arredondamento em Ponto Flutuante

Hoje estou elétrico!

Curso de Computação Gráfica (CG) 2014/2- Unidade 1- Modelagem de objetos. Exercício 1 (individual) - Entrega: quarta 13/08

I CAPÍTULO 19 RETA PASSANDO POR UM PONTO DADO

Estruturas Discretas INF 1631

Mecânica I (FIS-14) Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá Sala 2602A-1 Ramal 5785 rrpela@ita.br

Notas para um curso de Cálculo 1 Duilio T. da Conceição

2 A Derivada. 2.1 Velocidade Média e Velocidade Instantânea

Coordenadas Polares Mauri C. Nascimento Dep. De Matemática FC Unesp/Bauru

Só Matemática O seu portal matemático FUNÇÕES

II Cálculo Integral em R n

CÁLCULO: VOLUME III MAURICIO A. VILCHES - MARIA LUIZA CORRÊA. Departamento de Análise - IME UERJ

1 Propriedades das Funções Contínuas 2

Transcrição:

Exercícios resolvidos P Questão 1 Dena as funções seno hiperbólico e cosseno hiperbólico, respectivamente, por sinh(t) = et e t e cosh(t) = et + e t. (1) 1. Verique que estas funções satisfazem a seguinte relação cosh (t) sinh (t) = 1 t R (). Use o item anterior para obter uma parametrização para a curva α = {(x, y) R x y =, x > 0}. Exiba uma parametrização do tipo x = f(y) para esta mesma curva. 3. onsidere a mudança de variáveis T (x, y) = (u, v) sendo que ( ) ( ) x T (x, y) =. y Mostre que essa mudança de variáveis leva a curva α no gráco da função f(u) = 1 u, u > 0. Resposta: Os dois primeiros itens são apenas contas diretas. Observe, apenas, que no item, a curva pode ser obtida como gráco de uma função de uma variável. Mas cuidado, o gráco da curva c : [a, b] R é um outro conjunto, ele é dado por Γ(c) := {(t, c(t)) R 3 }. Você é capaz de ver que, no caso do item, as duas curvas possuem grácos bem diferentes... Tente fazer um esboço. Quanto ao item 3, temos que as novas variáveis são dadas por (u, v) = (x y, x + y).

Figura 1: Questão Observe que elas satisfazem ( ) ( ) uv = (x y) (x + y) = 1 ( x y ). Se o ponto (x, y) estiver contido em α então uv = 1. omo x = 1 + y, temos que u = (x y) = ( 1 + y y) > 0. Logo, a curva α é levada no gráco da função v = f(u) = 1 u, u > 0. Questão A gura mostra um campo vetorial F e duas curvas 1 e. As integrais de linha de F sobre 1 e são positivas, negativas ou nulas? Explique.

Resposta: Relembre que a integral de linha de F com respeito a curva = (t) é dada por b Fdr = F((t)) (t)dt. Por outro lado, sabemos da álgebra linear que a u v = u v cos θ, sendo que θ é o ângulo entre u e v. Sendo assim, observando a forma como 1 está orientada, temos que em cada ponto de o campo F faz um ângulo menor que π com o vetor velocidade. Logo, e assim a integral de linha é positiva. Faça o mesmo para. F( 1 (t)) 1(t) > 0 Questão 3 Determine se F é, ou não conservativo. Se for, determine f tal que F = f. Neste caso, a função f é chamada de potencial escalar. 1. F(x, y) = (e x sin y, e x cos y);. F(x, y) = (xy + y, x xy 3 ), y < 0; 3. F(x, y) = (ln y + xy 3, 3x y + x ), y > 0. y Resposta: Façamos o item. Os outros itens cam como exercício. Primeiro, vamos testar se F é conservativo ou não. Se P = xy + y e Q = x xy 3 então P = x y 3 y e Q x = x y 3, logo P = Q. Antes de armar que F é conservativo é preciso ter o cuidado de vericar que é 1 e o domínio é simplesmente conexo. Neste y x caso,

isso é satisfeito pois quando y < 0, F possui derivadas parciais de todas as ordens, e o semiplano {(x, y) y < 0} é claramente simplesmente conexo (Faça um desenho e se convença disso). Agora sim, podemos armar que F é conservativa. Sendo assim, vamos buscar um potencial escalar f. omo f precisa satisfazer F = f, temos que P = f x e Q = f y. As igualdades acima nos sugerem tomar as respectivas antiderivadas para recuperar f : f f(x, y) = x dx = P dx = xy + y dx = x y + xy + h(y). Observe que apareceu uma função h que depende apenas de y. Isto ocorre pois tomamos a antiderivada da função P com respeito a x, isto nos fornece uma família de funções cujas derivadas parciais com respeito a x são iguais a P. Sempre que derivamos com respeito a x, todos os fatores que dependem apenas de y são cancelados, logo, a nossa família de funções está indexada por uma função de y. Eis o porque da função h. Agora, para obter h, derive f(x, y) = x y + xy + h(y) com respeito a y : f y = x xy 3 + h (y). omo vimos, para que F = f, é preciso que Q = f y. Logo x xy 3 = Q = f y = x xy 3 + h (y) h (y) = 0. Ou seja h(y) = constante. Assim, obtemos não uma, mas uma família de funções f dadas por f cte (x, y) = x y + xy + cte. Para obter uma função f especíca, basta escolher uma constante, digamos cte = 0. Logo f = f 0 = x y + xy.

Questão 4 onsidere o campo vetorial F(x, y) = yi + xj x + y denido em R \ {(0, 0)}. (a) Mostre que P y = Q x. (b) onsidere o círculo unitário x + y = 1 e as curvas 1 (t) = cos ti + sin tj, t [0, π] e (t) = cos ti sin tj, t [0, π]. Mostre que F dr F dr. 1 Aparentemente, o resultado acima contradiz o item anterior. Diga em que consiste essa contradição e por que ela não acontece. (c) Seja f(x, y) = arctan y. Mostre que F = f. Ou seja, f é um potencial x escalar para F. Por quê isso não contradiz os itens anteriores? (d) Seja uma curva simples, fechada, lisa por partes (regular por partes) e orientada positivamente que delimita uma região no plano que contém a origem. Mostre que F dr = π. Resposta: Os três primeiros itens decorrem de um cálculo direto e de uma análise teórica. Quanto ao item (d), considere uma curva simples, fechada, lisa por partes e orientada positivamente que delimita uma região que contém a origem. Agora, considere r, um círculo de raio r > 0 orientado positivamente. Escolha r > 0 de modo que o círculo r esteja contido na região delimitada por.

Seja D a região entre a curva e o círculo r. Pelo teorema de Green generalizado, temos que ( Q Fdr = D D x P ) da y F dr + F dr = 0 da r D F dr = Fdr = Fdr, r r sendo que na segunda linha usamos o item (a). A conta acima nos diz que a integral de linha sobre é igual a integral de linha sobre o círculo de raio r, r. Seja r (t) = (r cos t, r sin t), t [0, π]. Assim, r F dr = = = π 0 π 0 π Isso conclui o exercício. 0 F( r (t)) r(t) dt ( ) r sin ti + r cos tj ( r sin ti + r cos tj) dt 1 dt = π. r Questão 5 Determine se o conjunto dado é ou não: simplesmente conexo. aberto, conexo por caminhos e (a) {(x, y) R 0 < y < 3}; (b) {(x, y) R 1 x + y 4, y 0}; (c) {(x, y) R 1 < x < }; (d) {(x, y) R (x, y) (, 3)}. Resposta: Façamos as letras (a) e (b), as outras serão deixadas como exercício.

Letra (a): Geometricamente, o conjunto em questão é uma faixa horizontal innita entre as retas y = 0 e y = 3. Primeiro vamos mostrar que este conjunto é aberto. Tome um ponto qualquer (a, b) deste conjunto. Sabemos que 0 < b < 3. Seja R = min{b, 3 b}. A bola aberta B R (a, b) = {(x, y) (x a) + (y b) < R} está contida no conjunto pois a coordenada y sempre satisfaz 0 < b R < y < b + R < 3, pela escolha de R. O conjunto é conexo por caminhos: dados dois pontos, o segmento de reta que os liga está sempre contido no conjunto. O conjunto é simplesmente conexo, já que não possui buracos. (Esboce o conjunto para se convencer!) Letra (b): Geometricamente, o conjunto é o semi-anel delimitado pelos círculos de raio 1 e centrados na origem. O conjunto não é aberto: o ponto (, 0) pertence ao conjunto e qualquer bola aberta centrada neste ponto irá conter pontos cuja coordenada y é negativa (FAÇA UM DESENHO). Novamente, este conjunto não possui buracos ou, toda curva simples, fechada e regular por partes contida neste conjunto não delimita uma região que contém pontos fora do conjunto. Este conjunto é conexo por caminhos: dados dois pontos quaisquer, podemos liga-los compondo dois caminhos, um semi-círculo e um segmento radial. (Faça este caminho!)