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Universidade de Bras´ılia Departamento de Matema´tica Ca´lculo III Mo´dulo 1 Lista 1 1.◦/2018 Atenc¸a˜o: na questa˜o 1, decida se cada item e´ certo (C) ou errado (E), assinalando sua resposta no espac¸o ao lado do item e justificando a sua resposta. 1) Uma bonita aplicac¸a˜o do produto escalar esta´ no ca´lculo da a´rea A do paralelogramo gerado pelos vetores P = (a, b) e Q = (c, d). Para esse ca´lculo deve-se multiplicar o com- primento da base pela altura h do paralelogramo, altura que depende do aˆngulo θ entre os vetores. Veja a figura. C E a) A altura h pode ser expressa em termos de Q e do cos(θ). C E b) A a´rea A pode ser expressa em termos de P , Q e do cos(θ) C E c) A a´rea A pode ser expressa em termos das coordenadas dos pontos P e Q. P Q ‖P‖ ‖Q ‖ h θ C E d) A a´rea A pode ser expressa em termos de um determinante. C E e) A a´rea do triaˆngulo de ve´rtices P =(0, 2), Q=(2, 1) e R=(3, 3) e´ maior que 3. 2) O paraboloide P de foco F = (0, 0, 1) e plano diretor z = −1 e´ o gra´fico da func¸a˜o f : R2 → R dada por f(x, y) = (1/4)(x2 + y2). Uma propriedade importante do paraboloide e´ que o ponto P0 = (x0, y0, z0) ∈ P e´ equidistante do foco F e do ponto Q0, em que Q0 = (x0, y0,−1) e´ a projec¸a˜o ortogonal de P0 sobre o plano diretor, conforme ilustra a figura abaixo. Pode-se mostrar que o plano tangente a P no ponto P0 ∈ P tem equac¸a˜o z = f(x0, y0) + (x0/2)(x− x0) + (y0/2)(y − y0). a) Verifique a afirmac¸a˜o de que P0 e´ equidistante de F e Q0. Resposta: b) Conclua que os aˆngulos P0Q̂0F e P0F̂Q0 sa˜o iguais. Resposta: c) Determine a equac¸a˜o da reta N que e´ ortogonal a P em P0. Resposta: d) Justifique a afirmac¸a˜o de que N e´ paralela a` reta pelos pontos F e Q0. Resposta: e) Justifique o fato de os aˆngulos a e b indicados na figura serem iguais. Resposta: Ca´lculo III Mo´dulo 1 Lista 1 1.◦/2018 – 1/2 3) Indique por P0 = (0, 0) a origem do plano Oxy e por P = (x, y) um ponto gene´rico. Indique ainda por f : R2 → R a func¸a˜o f(x, y) = √ |xy|, cujo gra´fico esta´ ilustrado abaixo. a) Esboce as curvas de n´ıvel de f nos n´ıveis 0, 1 e 2. b) Esboce os gra´ficos das func¸o˜es g(x) = f(x, x) e h(x) = f(x,−x). c) Use a desigualdade (|x| − |y|)2 ≥ 0 para estimar o valor de f(x, y) em termos da distaˆncia √ x2 + y2. d) Enuncie a definic¸a˜o do limite limP→P0 f(P ) = L. e) Use os itens anteriores para verificar se f e´ cont´ınua em P0. 4) Considere um fio infinito ao longo do eixo Oz percorrido no sentido positivo por uma cor- rente ele´trica estaciona´ria. Em um ponto P = (x, y) do plano Oxy, a corrente gera um campo magne´tico B(P ) que tem a direc¸a˜o e o sentido ilustrados na figura abaixo. Pode-se mostrar que, no domı´nio D = {(x, y) ∈ R2; y > 0}, o campo e´ dado por B(P ) = (fx(P ), fy(P )), em que f(x, y) = K arctan(x/y) e K > 0 e´ uma constante apropriada. P B a) Esboce as curvas equipotenciais do campo B, isto e´, as curvas de n´ıvel da func¸a˜o f . b) Para y fixo, calcule a derivada parcial fx(x, y) = d dx K arctan(x/y). Calcule fy(x, y) de maneira ana´loga. c) Use as expresso˜es acima para verificar que, como esperado da simetria da situac¸a˜o, a intensidade de B e´ constante ao longo de c´ırculos com centro no eixo Oz. d) Obtenha o vetor unita´rio U(x, y) que determina a direc¸a˜o e o sentido do campo. e) Verifique que, como ilustrado na figura, o campo B e´ tangente aos c´ırculos com centro no eixo Oz. Ca´lculo III Mo´dulo 1 Lista 1 1.◦/2018 – 2/2
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