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CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO. Definição. A constante de integração pode ser determinada quando conhecemos o valor da integral para algum valor da variável. É necessário ter outros dados além da expressão a ser integrada. Exemplo 1. Achar uma função cuja derivada primeira é 5x2x3 2 +− e que para x = 1 tenha o valor 12. Solução. A expressão diferencial da derivada dada é: ( ) ( ) dx5x2x3dy5x2x3 dx dy 22 +−=∴+−= Integrando ambos os membros teremos: ( ) )1(Cx5xxyCx5 2 x 2 3 x 3y dx5dxx2dxx3y dx5x2x3dy 23 23 2 2 ++−=∴++−= +−= +−= ∫∫ ∫ ∫ ∫ Como y = 12 para x = 1 , teremos então: 7CC1.51112 23 =→++−= Logo, a função pedida será: 7x5x2xy 23 ++−= Graficamente, temos: Significado geométrico da constante de integração. Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas tais que C será o ponto de interseção de cada curva com o eixo y. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 7, cuja coordenada é o ponto C(0,7). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 1). Logo, todas as curvas são obtidas movendo- se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Exemplo 2. Determinar a equação da curva em cada ponto da qual a tangente tem x2 por coeficiente angular. Solução. O problema diz que o coeficiente angular da reta tangente à curva é 2x, ou seja, dxx2dyx2 dx dy =⇒= Integrando : )1(Cxy 2 x 2ydxx2dy 2 2 +=∴=⇒=∫ ∫ onde C é a constante de integração. Se dermos a C uma série de valores, digamos 6, 0 e -3, a equação (1) nos conduzirá às funções que serão uma família de parábolas com eixos coincidindo com o eixo y e tendo 6, 0, -3 respectivamente, como pontos de interseção com o eixo y (veja figura). Essa família de parábolas originadas de (1) têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, têm a mesma direção (mesmo coeficiente angular das retas tangentes) para um mesmo valor de x. Deve-se notar também que a diferença entre os comprimentos das ordenadas é constante para todo valor de x. Logo, todas as parábolas podem ser obtidas movendo-se qualquer delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva, neste caso. ,3xy,xy,6xy 222 −==+= Exemplo 3. Determinar a equação de uma curva cuja tangente tenha, em cada ponto, coeficiente angular igual ao simétrico da razão entre a abscissa e a ordenada do ponto. Solução. A condição do problema é expressa pela equação y x dx dy −= ou, separando as variáveis, dxxdyy −= Integrando, C2yxC 2 x 2 y C 2 x 2 y dxxdyy 22 22 22 =+⇒=+ +−= −=∫ ∫ A equação obtida representa uma família de círculos com centro na origem. Se impusermos ainda a condição da curva passar pelo ponto (3,4), então C2169 =+ , ou seja, ,25C2k == e portanto 22222 5yx25yx =+⇒=+ é a particular curva pedida. Usando os pontos (0,0) e (3,4), pela Geometria Analítica e através da fórmula ( )0 12 12 0 xx xx yy yy − − − =− , encontramos a equação da reta que passa por esses dois pontos : x 3 4 y = Note então que se tomarmos vários pontos pertencentes a essa reta e traçarmos seus respectivos círculos passando pelos mesmos, as tangentes a esses pontos terão a mesma direção, ou seja, serão paralelas. Perceba também que nesses pontos as tangentes serão perpendiculares a y = (4/3)x, ou seja, seus coeficientes angulares são iguais a –(3/4), isto é, conforme exigido no problema. PROBLEMAS Problema 1. Dado que a derivada de uma função é igual a 3x − , achar tal função quando x = 2 e y = 9 . Faça um esboço do seu gráfico. Solução. Temos que ( ) dx3xdy3x dx dy −=⇒−= Integrando, temos: ( ) Cx3 2 x ydx3dxxydx3xdy 2 +−=⇒−=⇒−= ∫ ∫∫ ∫ (1) daí, para x = 2 e y = 9 teremos : 13CC2.3 2 2 9 2 =∴+−= Logo, a função será 13x3x 2 1 y 2 +−= (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas (neste caso, parábolas) tais que C será o ponto de interseção de cada curva com o eixo y. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 13, cuja coordenada é o ponto C(0,13). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 4) Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo segundo a direção da reta x = 3, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 2. Dado que a derivada de uma função é igual a 2x5x3 −+ , achar tal função quando x = 6 e y = -20 . Esboce o seu gráfico. Solução. Temos que ( ) dxx5x3dyx5x3 dx dy 22 −+=⇒−+= Integrando temos : ( ) )1(Cx 3 5 x 2 1 x3ydxx5dxxdx3y dxx5x3dy 322 2 ∫ ∫∫ ∫ ∫ +−+=⇒−+= −+= daí, para x = 6 e y = -20 teremos : 304CC6 3 5 6 2 1 6.320 32 =∴+−+=− Logo, a função (traçado mais escuro) será: 304x3x 2 1 x 3 5 y 23 +++−= (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas tais que C será o ponto de interseção de cada curva com o eixo y. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 304, cuja coordenada é o ponto C(0 ; 304). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 1,5) Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 3. Dado que a derivada de uma função é igual a xbx 23 − , achar tal função quando x = 2 e a função for igual a 9. Esboce o seu gráfico . Solução. A condição do problema é expressa pela equação xbx dx dy 23 −= ou, diferenciando, ( ) dxxbxdy 23 −= Integrando, ( ) )1(Cxb 2 1 x 4 1 ydxxbdxxy dxxbxdy 22423 23 +−=⇒−= −= ∫ ∫ ∫ ∫ daí, para x = 2 e y = 9 teremos : )2(4b2CC2b 2 1 2 4 1 9 2224 −=∴+−= Logo, a função será: 4b2xb 2 1 x 4 1 y 2224 −+−= (resposta) A tabela abaixo mostra alguns valores dados a C e os seus respectivos valores de b² , estes calculados através de (2). Substituindo-se esses valores em (1), obtemos uma família de curvas conforme mostrado ao lado. Note que os valores de C são as ordenadas dos pontos onde cada curva intercepta o eixo y, neste caso. C 2b -0,5 3,5/2 -1 3/2 -1,5 2,5/2 -2 1 -2,5 1,5/2 -3 1/2 -3,5 0,5/2 -4 0 -4,5-0,5/2 0 2 1 5/2 3 7/2 Problema 4. Dado que a derivada de uma função é igual a θ+θ cossen , achar tal função quando θ = pi/2 e a função for igual a 2. Esboce o gráfico. Solução. A condição do problema é expressa pela equação θ+θ= cossen dx dy ou, diferenciando, ( ) dxcossendy θ+θ= Integrando, ( ) )1(Csencosydcosdseny dxcossendy +θ+θ−=⇒θθ+θθ= θ+θ= ∫ ∫ ∫ ∫ daí, para θ = pi/2 e y = 2 teremos : 1CCcossen2 22 =∴+−= pipi Logo, a função será: 1cos +−= θθseny (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas como mostradas abaixo. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 1. Perceba também que, neste caso, o valor de C não será a interseção da curva com o eixo y , e sim o ponto C – 1. Para o problema pedido, a curva corta o eixo y no ponto (0,0). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = pi/2 ), por exemplo. Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 5. Dado que a derivada de uma função é igual a t2 1 t 1 − − , achar tal função quando x = 1 e a função for igual a 0. Esboce o seu gráfico . Solução. A condição do problema é expressa pela equação t2 1 t 1 dt dy − −= ou, diferenciando, dt t2 1 t 1 dy − −= Integrando, )1(Ct-2tLn y ou Ct2LntLny t2 dt t dt y dt t2 1 t 1 dy 2 += +−+=⇒ − − += − −= ∫ ∫ ∫ ∫ daí, para t = 1 e y = 0 teremos : 0CC11.2Ln0 2 =∴+−= Logo, a função será: 0tt2Lny 2 +−= (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas tais que C será o ponto de interseção de cada curva com a reta x = 1 . No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 0, cuja coordenada é o ponto C (1 ; 0). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 3) Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 6. Dado que a derivada de uma função é igual a ϕ+ϕ tgsec2 , achar tal função quando ϕ = 0 a função for igual a 5. Esboce o gráfico. Solução. A condição do problema é expressa pela equação ϕ+ϕ= ϕ tgsec d dy 2 ou, diferenciando, ( ) ϕϕ+ϕ= dtgsecdy 2 Integrando, ( ) )1(sec y ou cossec sec 2 2 CLntg CLntgydtgdy dttgdy ++= +−=⇒+= += ∫ ∫ ∫ ∫ ϕϕ ϕϕϕϕϕϕ ϕϕ daí, para ϕ = 0 e y = 5 teremos : 5CC0secLn0tg5 =∴++= Logo, a função será: 5secLntgy +ϕ+ϕ= (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas tais que C será o ponto de interseção de cada curva com o eixo y. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 5 cuja coordenada é o ponto C (0 ; 5). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 2,2). Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 7. Dado que a derivada de uma função é igual a 22 ax 1 + , achar tal função quando x = a e a função for igual a 5. Esboce o seu gráfico. Solução. A condição do problema é expressa pela equação 22 ax 1 dx dy + = ou, diferenciando, dx ax 1 dy 22 + = Integrando, ( ) )1( Carctg a 1 y ax dx dy a x 22 +=⇒ + =∫ ∫ daí, para x = a e y = pi/2a teremos : ( ) a4 C a4 2 4 . a 1 a2 C 1arctg a 1 a2 C Carctg a 1 a2 a a pi =∴ pi−pi = pi − pi = °− pi = += pi Logo, a função será: ( ) a4 arctg a 1 y a x pi+= (resposta) Problema 8. Dado que a derivada de uma função é igual a 2t2et3 , achar tal função quando t = 0 e a função for igual a 4. Esboce o seu gráfico. Solução. A condição do problema é expressa pela equação 2t2et3 dt dy = ou, diferenciando, dtet3dy 2t2 = Integrando, )1( Ce 4 3 ydtt4.e 4 1 .3y dtet3dy 22 2 t2t2 t2 +=⇒= = ∫ ∫ ∫ daí, para t = 0 e y = 1 teremos em (1) : 4 13 C 4 3 4C Ce 4 3 4 20.2 =∴−= += Logo, a função será: 4 13 e 4 3 y 2t2 += (resposta) Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas como mostradas ao lado. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 13/4 ou 3,25. Perceba também que, neste caso, o valor de C não será a interseção da curva com o eixo y , e sim o ponto C + 0,75 ( ou C+ 3/4). Assim sendo, para o problema pedido a curva corta o eixo y no ponto ( 0 ; 4 ). Deve-se notar também que todas as curvas têm o mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = 0,5 ). Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 9. A derivada de uma função é igual a θ−θ 2seccosgcot . Achar tal função quando θ = pi/2 e a mesma for igual a 3. Esboce o seu gráfico. Solução. A condição do problema é expressa pela equação θ−θ= θ 2seccosgcot d dy ou, diferenciando, ( ) θθ−θ= dseccosgcotdy 2 Integrando, ( ) )1(CgcotsenLnydseccosd sen cos y dtseccosgcotdy 2 2 +θ+θ=⇒θθ−θ θ θ = θ−θ= ∫ ∫ ∫ ∫ daí, para θ = pi /2 e y = 3 teremos : 3CC1Ln3 CgcotsenLn3 22 =∴+∃/+= ++= pipi Logo, a função será: 3cot ++= θθ gsenLny Se em (1) atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de curvas, como mostradas ao lado. No caso da função pedida pelo problema, a curva em linha mais escura terá C = 3. Perceba também que esta família de curvas não interceptam o eixo y. Deve-se notar também que todas as curvas têmo mesmo valor de dy/dx, isto é, a reta tangente têm a mesma direção, para um mesmo valor de x. (veja as retas tangentes às curvas no ponto x = pi/2 ). Logo, todas as curvas são obtidas movendo-se qualquer uma delas para cima ou para baixo, pois o valor da constante C não afeta o coeficiente angular da curva. Problema 10. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja y/1 . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é 1/x, e que pode ser expressa pela equação y 1 dx dy = ou, separando as variáveis, dxdyy = Integrando, Cx 2 y dxdyy 2 +=⇒ =∫ ∫ O gráfico corresponde a uma família de parábolas . Problema 11. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja 2y/x . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é x/y 2, e que pode ser expressa pela equação 2y x dx dy = ou, separando as variáveis, dxxdyy2 = Integrando, C 2 x 3 y dxxdyy 23 2 +=⇒ =∫ ∫ A figura acima mostra a família de curvas chamadas parábolas semicúbicas para diferentes valores de C . Em particular, se C = 0 , o gráfico corresponderá à linha mais escura da família. Problema 12. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja y/x2 . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é x²/y, e que pode ser expressa pela equação y x dx dy 2 = ou, separando as variáveis, dxxdyy 2= Integrando, Cxy dxxdyy 3 3 12 2 1 2 +=⇒ =∫ ∫ A figura acima mostra uma família de curvas chamadas parábolas semicúbicas para diferentes valores de C . Em particular, se C = 0 , o gráfico corresponderá à linha vermelha da família. Problema 13. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja 2x3 . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é 2x3 e que pode ser expressa pela equação 2x3 dx dy = ou, separando as variáveis, dxx3dy 2= Integrando, Cxy C 3 x 3y dxx3dy 3 3 2 += ∴ += =∫ ∫ O gráfico corresponde a uma família de parábolas cúbicas . Em particular, se C = 0 o gráfico corresponderá à linha mais escura da família. Problema 14. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja 2y/1 . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é 2y/1 e que pode ser expressa pela equação 2y 1 dx dy = ou, separando as variáveis, dxdyy2 = Integrando, Cxy dxdyy 3 3 1 2 += ∴ =∫ ∫ O gráfico corresponde a uma família de parábolas cúbicas . Em particular, se C = 0 o gráfico corresponderá à linha mais escura da família. Problema 15. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja y/x . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é y/x e que pode ser expressa pela equação y x dx dy = ou, separando as variáveis, dxxdyy = Integrando, Kxy C2xy C 2 x 2 y dxxdyy 22 22 22 =− =− += ∴ =∫ ∫ O gráfico corresponde a uma família de hipérboles eqüiláteras. Se C > 0 o gráfico são as linhas pretas da família. No caso de C < 0 são as linhas azuis. Problema 16. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja x/y− . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é x/y− e que pode ser expressa pela equação x y dx dy −= ou, separando as variáveis, x dx y dy −= Integrando, x C youCxy xye CxyLn CxLnyLn CxLnyLn x dx y dy 1C 1 1 1 == = = =+ +−= ∴ −=∫ ∫ O gráfico corresponde a uma família de hipérboles eqüiláteras. Se C > 0 o gráfico são as linhas pretas da família. No caso de C < 0 são as linhas azuis. Problema 17. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja ya xb 2 2 − . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é ya xb 2 2 − e que pode ser expressa pela equação ya xb dx dy 2 2 −= ou, separando as variáveis, dxxbdyya 22 −= Integrando, Cxbya C2xbya C 2 xb 2 ya dxxbdyya 2222 1 2222 1 2222 22 =+ =+ +−= −=∫ ∫ Os gráficos correspondem a uma família de elipses cujos eixos maiores podem ser paralelas ao eixo y ou ao eixo x , ou até mesmo coincidentes com o eixo y ou eixo x , dependendo dos valores de a e b . Se b > a as elipses possuem o eixo maior paralelas ao eixo y e se b < a elas terão o eixo maior paralelas ao eixo x . Note que os termos x2 e y2 da equação obtida , na verdade são equivalentes a (x - 0 )2 e (y – 0)2 , o que significa que o centro das elipses coincidem com a origem dos eixos coordenados. Daí, nos dois casos do nosso problema, os eixos maiores das elipses coincidem com o eixo y e com o eixo x, respectivamente. Problema 18. Achar a equação da família de curvas tais que o coeficiente angular da tangente em cada ponto de cada uma delas seja y1 x1 − + . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é y1 x1 − + e que pode ser expressa pela equação y1 x1 dx dy − + = ou, separando as variáveis, ( ) ( ) dxx1dyy1 +=− Integrando, ( ) ( ) ( ) ( )1222 2 2 1 2 2 2 1 2 C22CC ondeCy2x2yx C2xx2C2yy2 2C 2 x xC 2 y y dxxdxdyy-dy dxx1dyy1 −==−++∴ ++=+− ×++=+− += +=− ∫ ∫∫ ∫ ∫∫ Se atribuirmos a C uma série de valores, teremos então uma família de círculos , como mostradas ao lado. Vejamos, por exemplo, o círculo de R = 3. Se tomarmos a metade dos coeficientes das variáveis de x e y (ambas do 1º grau) e com os seus sinais invertidos, encontraremos o ponto (xC ; yC) = (-1 ; 1) e que será a coordenada do centro do círculo em questão. Usando a equação canônica ou reduzida do círculo, teremos : ( ) ( ) ( ) ( ) 7y2x2yx 91y2y1x2x 91y1xRyyxx 22 22 22 22 c 2 c =−++∴ =+−+++ =−++ =−+− Portanto, para C = 7 teremos R = 3 . Problema 19. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (1,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função x das coordenadas . Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é x , o qual pode ser expressa pela equação x dx dy = ou, separando as variáveis, dxxdy = Integrando, ( ) ( )122 12 2 2 2 1 2 2 1 C22CC )1(Cxy2 C2C2xy2 C2xC2y2 2C 2 x Cy dxxdy −=+=∴ −+= +=+ ×+=+ = ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (1,1), temos em (1) : 1CC11.2 2 =→+= Daí a curva terá por equação : 1xy2 2 += (parábola) Problema 20. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (1,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função y4 das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é y4 , o qual pode ser expressa pela equação y4 dx dy = ou, separando as variáveis, dx y4 dy = Integrando, ( ) ( )12 12 21 21 C44CC )1(Cx4yLn C4C4x4yLn C4x4C4yLn 4CxCyLn 4 1 dx y dy 4 1 −=+=∴ −+= +=+ ×+=+ = ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (1,1) , temos em (1) : 4CC1.41Ln −=→+= Daí a curva terá por equação : 4x4yLn −= Problema 21. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (3,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função xy2 das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é xy2 , o qual pode ser expressa pela equação xy2 dx dy = ou, separando as variáveis, dxx2 y dy = Integrando, ( )122 12 2 2 2 1 CCC )1(CxyLn CCxyLn CxCyLn dxx2 y dy −=+=∴ −+= +=+ = ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (3,1), temos em (1) : 9CC31Ln 2 −=→+= Daí a curva terá por equação : 9xyLn 2 −= Problema 22. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (0,2) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função xy− das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é xy− , o qual pode ser expressa pela equação xy dx dy −= ou, separando as variáveis, dxx y dy −= Integrando, ( ) )1(C 2 x yLn 2 C2C2 C , 2 C2C2 2 x yLn C2C2xyLn2 2 C 2 x CyLn dxx y dy 2 1212 2 12 2 2 2 1 +−=∴ − = − +−= −+−= ×+−=+ −= ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (0,2), temos em (1) : 2LnCC 2 0 2Ln 2 =⇒+−= Daí , a curva terá por equação : 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x x ey e y x Ln x LnyLn Ln x yLn y − − =∴ = −= −=− +−= Problema 23. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (0,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função 1y 1x + + das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é ( ) ( )1y/1x ++ , o qual pode ser expressa pela equação : ( ) ( )1y/1xdx/dy ++= ou, separando as variáveis, ( ) ( ) dx1xdy1y +=+ Integrando, ( ) ( ) ( ) K2C,Cx2y2xy Kxy 2 x 2 y CCK,Cx 2 x Cy 2 y dxdxxdydyy dx1xdy1y 22 22 122 2 1 2 ==−+− =−+− −=++=++ +=+ +=+ ∫∫∫∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (0,1), temos : 3CC0.21.201 22 =⇒=−+− Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ) hipérbole(31x1y 311x11y 311x11y 3x2xy2y 3x2xy2y 3x2y2xy 22 22 22 22 22 22 =+−+ ∴ =++−−+ =−+−−+ =+−+ =−−+ =−+− continua na página seguinte CONSIDERAÇÕES : A equação de uma hipérbole cujo centro ( )cc y,x está fora da origem do sistema cartesiano e cujo eixo real é paralelo ao eixo y , é dada por : ( ) ( ) 1 b xx a yy 2 2 c 2 2 c = − − − No caso da hipérbole encontrada, esta possui centro (-1,-1) e podemos escrever : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3ba3ba aqui,1 3 1x 3 1y 331x1y 22 22 22 ==∴==⇒= + − + ∴ ÷=+−+ As equações paramétricas desta hipérbole são escritas como : 1sec.3yysec.ay e 1tg.3xxtg.bx c c −θ=⇒+θ= −θ=⇒+θ= Para o ponto (0,1), teremos : °= pi =θ∴ =θ→=θ→−θ= 30 63 1 arctg 3 1 tg1tg.30 ou então °= pi =θ∴ =θ→=θ→−θ= 30 62 3 arccos 3 2 sec1sec.31 O que se calculou acima são os ângulos correspondentes da tangente e do cosseno (ou da secante) a fim de achar coordenada do ponto (0,1). Perceba que o ângulo θ = 30° encontrado acima simplesmente coincidiu com o ângulo que a reta tangente faz com o eixo x, no ponto (0,1). Problema 24. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (0,0) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função ky hx − − das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é ( ) ( )ky/hx −− , o qual pode ser expressa pela equação : ( ) ( )ky/hxdx/dy −−= ou, separando as variáveis, ( ) ( ) dxhxdyky −=− Integrando, ( ) ( ) ( ) ( ) K2C, Chx2ky2xy 2Khxky 2 x 2 y CCK,Chx 2 x Cky 2 y dxhdxxdykdyy dxhxdyky 22 22 122 2 1 2 ==+−− ×=+−− −=+−=+− −=− −=− ∫∫∫∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (0,0), temos : 0CC0.h.20.k.200 22 =⇒=−+− Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ) hipérbole(1 hk hx hk ky hkhkhxky 0hhxkky 0hhxkky 0hx2xky2y 0hx2xky2y ou 0hx2ky2xy 22 2 22 2 222222 2222 2222 22 22 22 = − − − − − −÷−=−−− =+−−−− =−−−−− =−−− =+−− =+−− continua na pág. Seguinte Perceba que a expressão anterior está na forma : ( ) ( ) 1 b xx a yy 2 2 c 2 2 c = − − − e que é a equação de uma hipérbole cujo centro ( )cc y,x está fora da origem do sistema cartesiano e cujo eixo real é paralelo ao eixo y . Façamos, por exemplo, h = 2 e k = 4 . A equação da hipérbole será escrita como : ( ) ( ) ( ) ( ) 1 12 2x 12 4y 1 24 2x 24 4y 22 22 2 22 2 = − − − ⇒= − − − − − As equações paramétricasdesta hipérbole são escritas como : 4sec.12yysec.ay e 2tg.12xxtg.bx c c +θ=⇒+θ= +θ=⇒+θ= Para o ponto (0,0), teremos : °−=θ∴ − =θ→−=θ→+θ= 30 12 2 tgarc 12 2 tg2tg.120 ou então °= pi =θ∴ − =θ→−=θ→+θ= 150 6 5 4 12 cosarc 12 4 sec4sec.120 O que se calculou acima são os ângulos correspondentes da tangente e do cosseno (ou da secante) a fim de achar coordenada do ponto (0,0). Com os dados fornecidos inicialmente no problema calcula-se facilmente o ângulo que a reta tangente faz com o eixo x, aproximadamente 26,56° no ponto (0,0). Problema 25. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (2,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função 15x4 xy4 2 − das coord. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é 15x4 xy4 2 − , o qual pode ser expressa pela equação : 15x4 xy4 dx dy 2 − = ou separando as variáveis, 15x4 dxx4 y dy 2 − = Integrando, ( ) ( ) ( ) ( ) C15x4y C2C2C,C15x4LnyLn C215x4LnC2yLn2 )2(C15x4Ln 2 1 CyLn 15x4 dxx4.2 2 1 CyLn 15x4 dxx4 y dy 22 12 22 2 2 1 2 2 1 21 2 =+− ∴ −=+−= +−=+ ×+−=+ − =+ − = ∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (2,1), temos : 0CC152.41 22 =⇒=+− Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ) hipérbole( 15b e a aqui, 1 15 yx 1 15 y 15 x4 1515yx4 015yx4 1015x4y 2 4 152 2 4 15 2 22 22 22 22 ==∴=− =− ÷=− =−− −×=+− continua na página seguinte Perceba que a expressão anterior está na forma 1 b y a x 2 2 2 2 =− , e que é a equação de uma hipérbole cujo centro ( ) ( )0,0y,x cc = está na origem do sistema cartesiano e cujo eixo real é paralelo ao eixo x . As equações paramétricas desta hipérbole são escritas como : θ=⇒+θ= θ=⇒+θ= tg.15yytg.by e sec.xxsec.ax c 2 15 c Para o ponto (2,1), teremos : °≈θ∴ =θ→=θ→θ= 47,14 4 15 cosarc 15 4 secsec.2 2 15 ou então °≈θ∴ =θ→=θ→θ= 47,14 15 1 tgarc 15 1 tgtg.151 O que se calculou acima são os ângulos correspondentes da tangente e do cosseno (ou da secante) a fim de achar a coordenada do ponto (2,1). Com os dados fornecidos inicialmente no problema calcula-se facilmente o ângulo que a reta tangente faz com o eixo x, aproximadamente 82,87° no ponto (2,1). Problema 26. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (1,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função 2x y das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é 2x y , o qual pode ser expressa pela equação 2x y dx dy = ou, separando as variáveis, 2x dx y dy = Integrando, ( ) ( ) ( ) )1(Cx1yLnx xC x 1 yLn CCC ,CCxyLn 2 CdxxCyLn x dx y dy 1212 1 2 2 1 2 +−= ∴ ×+−= −=−+−= ×+=+ = − −∫ ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (1,1), temos em (1) : 1C1.C11Ln.1 =⇒+−= Daí , a curva terá por equação : 1xyLnx −= = 0 Problema 27. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (4,1) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função xy das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é xy , o qual pode ser expressa pela equação xy dx dy = ou, separando as variáveis, dxx y dy = Integrando, ( ) ( ) )1(C3xx2yLn3 C3x2yLn3 3Cx 3 2 yLn CCC ,Cx 3 2 CyLn dxxCyLn dxx y dy 3 1221 1 2 3 2 3 2 1 += ∴ += ×+= −=+=+ =+ = ∫ ∫∫ Como a curva passa pelo ponto (4,1), temos em (1) : 3/16CC34.4.21Ln.4 −=⇒+= Daí , a curva terá por equação : 16xx2yLn3 −= = 0 θ ≈ 63,5° y = 16x - 12 Problema 28. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (1,4) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função x/y2 das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é x/y2 , o qual pode ser expressa pela equação x y dx dy 2 = ou, separando as variáveis, x dx y dy 2 = Integrando, ( )21 21 2 2 2 CCC ,C y 1 xLn CxLnC y 1 CxLndyy x dx y dy −==+ +=+− += = ∫ ∫∫ − Como a curva passa pelo ponto (1,4), temos em (1) : 4 1 CC 4 1 1Ln =∴=+ Daí , a curva terá por equação : 4 1 y 1 xLn =+ = 0 Problema 29. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (1,9) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função yx das coordenadas. Solução. Em outras palavras, o problema diz que a derivada ( coeficiente angular da reta tangente à curva) é yx , o qual pode ser expressa pela equação yx dx dy = ou, separando as variáveis, dxx y dy = Integrando, ( )12 2 2 2 1 2 2 CCC ,C 2 x y C 2 x Cy C 2 x dyy dxx y dy 2 1 2 1 −==− +=+ += = ∫ ∫∫ − Como a curva passa pelo ponto (1,9), temos em (1) : 2 5 CC 2 1 9 =∴=− Daí , a curva terá por equação : 2 5 2 x y 2 =− Problema 30. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (3,0) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função y1 3x − − das coordenadas. Solução. O problema pode ser expresso pela equação : y1 3x dx dy − − = ou, separando as variáveis, ( ) ( ) dx3xdyy1 −=− Integrando, ( ) ( ) ( ) 12 22 2 2 1 2 2 2 1 2 C2C2C, C2y-6x-yx C2x6xC2yy2 2Cx3 2 x C 2 y y dx3dxxdyydy dx3xdyy1 −==+ ∴ +−=+− ×+−=+− −=− −=− ∫∫∫∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (3,0), temos : 9CC2.0-6.3-03 22 −=⇒=+ Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ( ) ( ) )reduzida oucanônica eq. (11y3x 0911y93x ou ) círculo (092y-6x-yx 22 22 22 =−+− ∴ =+−−+−− =++ Se na equação geral do círculo tomarmos a metade dos coeficientes das variáveis de x e y (ambas do 1º grau) e com os seus sinais invertidos, encontraremos o ponto (xC ; yC) = (3 ; 1) e que será a coordenada do centro do círculo em questão. Asequações paramétricas círculo são escritas como : 1sen.1yysen.ry e 3cos.1xxcos.rx c c +θ=⇒+θ= +θ=⇒+θ= Problema 31. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (4,2) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função 3y2 x4 − − das coordenadas. Solução. O problema pode ser expresso pela equação : ( ) ( ) dxx4dy3y2 3y2 x4 dx dy s variáveias separando −=− → − − = Integrando, ( ) ( ) ( ) 12 22 2 2 1 2 2 2 1 2 C2C2C, C6y8xy2x C2xx8C2y6y2 2C 2 x x4Cy3 2 y2 dxxdx4dy3dyy2 dxx4dy3y2 −==−−+ ∴ +−=+− ×+−=+− −=− −=− ∫∫∫∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (4,2), temos : 20CC6.28.42.24 22 −=⇒=−−+ Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) )reduzida oucanônica eq. ( 1 y4x 1y44x2 )2(y24x 1620y24x 1620y24x 20y2164x 20y3y2164x 20y6y2x8x ou ) elipse (20-6y8xy2x 4 1 2 2 3 2 1 2 2 2 32 2 12 2 32 2 92 2 32 2 92 2 32 4 92 2 32 22 22 22 = − + − ∴ =−+− ×=−+− ++−=−+− +−=−−+− −= −−+−− −=−+−− −=−+− =−−+ Problema 32. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (2,6) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função y3 x2 + + das coordenadas. Solução. O problema pode ser expresso pela equação : ( ) ( ) dxx2dyy3 y3 x2 dx dy s variáveias separando +=+ → + + = Integrando, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 123232 23 2 13 2 ,23 23 23 23 2 3 2 3 2 3 2 3 2 1 2 1 CCCCxy CxCy dxxdyy dxxdyy −==+−+ ++=++ +=+ +=+ ∫∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto (2,6), temos : ( ) ( ) 3 38 3 2 3 2 2 3 2 3 2263 =⇒=+−+ CC Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) ( ) ( ) 1923 23 33 3 38 3 2 3 2 2 3 2 3 =+−+ =+−+ xy ou xy Perceba que para valores de 2x −< a função não existe, pois o 2º termo do 1º membro da equação se reduz a uma raiz quadrada de um número negativo, o que não existe no conjunto dos números reais. Problema 33. Achar a equação da curva que passa pelo ponto (3,5) e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função 2x 1y − − das coordenadas. Solução. O problema pode ser expresso pela equação : ( ) 2x dx 1y dy 2x 1y dx dy s variáveias separando − = − → − − = Integrando, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) C2x1y ou C,C2x1y C2x2C1y2 dx2xdy1y 2x dx 1y dy 2x dx 1y dy 2 CC 21 12 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 =−−− ==−−− +−=+− −=− − = − − = − − ∫ ∫ ∫∫ ∫ ∫ −− Como a curva passa pelo ponto (3,5), temos : 1CC2315 =⇒=−−− Daí, a curva terá por equação : ( ) ( ) 12x1y ou 12x1y 2 1 2 1 =−−− =−−− Perceba que para valores de 2x < a função não existe, pois o 2º termo do 1º membro da equação se reduz a uma raiz quadrada de um número negativo, o que não existe no conjunto dos números reais. Problema 34. Achar a equação da curva que passa pelo ponto ( ) 4 ,4 pi e cujo coeficiente angular nesse ponto é dada pela função ycosx 2 . Solução. O problema pode ser expresso pela equação : dxx ycos dy ycosx dx dy 2 s variáveias separando 2 = →= Integrando, 12 2 2 2 1 2 2 2 2 CCC,C 2 x )y(tg C 2 x C)y(tg C 2 x dyysec dxx ycos dy −==− ∴ +=+ += = ∫ ∫ ∫ Como a curva passa pelo ponto ( ) 4 ,4 pi , temos : 7CC 2 4 )(tg 2 4 −=⇒=−pi Daí, a curva terá por equação : 7 2 x )y(tg 2 −=− Problema 35.. Dados dxpx2dA = , 3 p A 2 = quando 2 p x = , achar o valor de A quando x = 2p . Solução. Integrando ambos os membros da equação dada, temos : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Cpx2 p3 1 A CCC,Cpx2 3 2 . p2 1 A Cpx2 3 2 . p2 1 CA dx.p2.px2 p2 1 CA dxpx2CA dxpx2dA 3 12 21 1 1 2 3 2 3 2 1 2 1 += ∴ −=+= +=+ =+ =+ = ∫ ∫ ∫ ∫ Como conhecemos os valores de A e de x, substituímos na equação anterior : 0CCp p3 1 3 p Cp p3 1 3 p C 2 p p2 p3 1 3 p 3 2 6 2 32 =⇒+= += + = Logo, a expressão de A será : ( )3px2 p3 1 A = Portanto, quando x = 2p , teremos : ( ) ( ) 2 3 6 32 3 p 3 8 A p3 p8 A p64 p3 1 A p4 p3 1 A p2.p2 p3 1 A =∴= = = = Observe o gráfico supondo p = 2. Problema 36.. Dados dxx100xdy 2−= , y = 0 quando x = 0 , achar o valor de y quando x = 8 . Solução. Integrando ambos os membros da equação dada, temos : ( ) ( ) ( ) ( ) 1232 2 2 1 2 1 2 1 2 CCC,Cx100 3 1 y Cx100 3 2 . 2 1 Cy dx.x2.x100 2 1 Cy dxx100xCy dxx100xdy 2 3 2 1 2 1 −==−− ∴ +−=+ −=+ −=+ −= ∫ ∫ ∫∫ Como conhecemos os valores de y e de x, substituímos na equação anterior : ( ) 3 1000 CC0100 3 1 0 32 −=⇒=−− Logo, a expressão de y será : ( ) 3 1000 x100 3 1 y 32 −=−− Quando x = 8 , teremos : ( ) 3 784 y 3 1000 8100 3 1 y 32 −=⇒−−= Perceba que para valores de x > 10 ou x < -10 a função não existe. Problema 37.. Dados θθ=ρ d2cosd , ρ = 6 quando 2 pi =θ , encontrar o valor de ρ quando 4 3pi =θ . Solução. Integrando ambos os membros da equação dada, temos : 12 2 2 2 1 1 CCC,C2cos 4 1 C 2 2cos . 2 1 C d2.2cos 2 1 C d2cosd −==θ−ρ ∴ + θ =+ρ θθ=+ρ θθ=ρ ∫ ∫∫ Como conhecemos os valores de ρ e de θ , substituímos na equação anterior : ( ) 4 23 CCcos 4 1 6 2 22 =⇒=− pi Logo, a expressão de y será : 4 23 2cos 4 1 2 =θ−ρ Quando 4 3pi =θ , teremos : ( ) ( ) 4 23 cos 4 1 4 23 4 23 2cos 4 1 2 32 4 32 =ρ∴+=ρ =−ρ pi pi Problema 38. Tem-se y ″ = x em cada ponto de certa curva. Achar a equação dela, sabendo-se que ela passa pelo ponto (3 ; 0) e tem nesse ponto coeficiente angular igual a 7/2. Solução. x"y = pode ser escrito como : x dx dy dx d = e 'y dx dy = Daí, podemos escrever dxx'dyx dx 'dy =⇒= Integrando, )1(C 2 x 'ydxx'dy 1 2∫∫ +=⇒= Como a curva passa pelo ponto (3 ; 0) e nesse ponto o coeficiente angular ( y ′) vale 7/2, então 1C 2 9 2 7 CC 2 3 2 7 111 2 −=∴−=⇒+= Logo, (1) será escrito como : )2(dx1 2 x dyou1 2 x dx dy 'y 22 −=−== Integrando (2) , que é a equação geral da curva e, uma vez que ela passa pelo ponto (3; 0), teremos: 2 3 C3 6 27 C C3 6 3 0 22 2 3 −=∴+−= +−= Portanto, a curva pedida terá por equação : 9x6xy6 2 3 x 6 x y 3 3 −−=∴ −−= )3(Cx 6 x yCx 3 x 2 1 y dxdxx 2 1 y dx1 2 x dy 2 3 2 3 2 2 +−=⇒+−= −= −= ∫ ∫ ∫ ∫ Problema 38. Em cada ponto de certa curva, 3x 12 "y = . Achar a equação da curva se ela passa por (1,0) e é tangente neste ponto à reta 6x + y = 6 . Solução. 3x 12 "y = pode ser escrito como : 3x 12 dx dy dx d = sendo que 'y dx dy = Daí, podemos escrever 33 x dx12 'dy x 12 dx 'dy =⇒= Integrando, )1(KKK,K x 6 'yK x 6 K'y K 2 x 12K'y dxx12K'y x dx12 'dy 122221 2 2 1 3 1 3 −==+→+−=+ + − =+ =+ = − −∫ ∫∫ Sendo a curva tangente à reta 6yx6 =+ , ou seja, 6x6y +−= , o valor de y ’ de (1) será igual ao coeficiente angular desta reta, ou seja, y ’ = - 6. Substituindo-o em (1), tem-se : K x 6 6 2 =+− , e como a curva passa por (1,0) , teremos 0KK 1 6 6 2 =∴=+− Logo, a expressão de (1) será : 22 x 6 dx dy 'y0 x 6 'y −==→=+ (2) Diferenciando e integrando (2), teremos : 12 2 1 1 2 1 2 CCC,C x 6 y C 1 x 6Cy dxx6Cy x dx6 dy −=+= + − −=+ −=+ − = − −∫ ∫ ∫ Como a curva passa por (1,0), temos então : 6CC 1 6 0 −=→+= Daí, a equação da curva pedida será : 6x6xy6 x 6 y =+→−= Problema 39. Achar a equação de uma curva em cada ponto da qual 3x 3 "y + = , sabendo-se ainda que ela passa por (1,1) com uma inclinação de 45°. Solução. 3x 3 "y + = pode ser escrito como : 3x 3 dx dy dx d + = sendo que 'y dx dy = . Daí, podemos escrever 3x dx3 'dy 3x 3 dx 'dy + =⇒ + = Integrando, ( ) ( ) )1(KKK,K3x6'yK 3x .3K'y dx3x3K'y 3x dx3 'dy 122 2 11 1 2 1 2 1 −==+−→+ + =+ +=+ + = ∫ ∫∫ − Se a curva passa no ponto (1,1) com inclinação de 45°, então 145tg'y =°= e, daí, o valor da constante K em (1) será : 11KK3161 −=→=+− com isso, a expressão (1) será : )2(113x6 dx dy 'y113x6'y −+==→−=+− Diferenciando e integrando (2), tem-se : ( ) ( ) ( ) ( ) 123 2 3 1 21 CCC,Cx113x4y Cx113x 3 2 .6Cy Cdx11dx3x6Cy dx113x6dy 2 1 −==++− ∴ +−+=+ +−+=+ −+= ∫ ∫ ∫∫ Como a curva passa por (1,1), teremos : ( ) 20CC1.113141 3 −=→=++− e com isso, a equação procurada será : ( ) ( ) 20x113x4y 20x113x4y 3 3 −−+= ∴ −=++− Note que para valores de x< -3 a função passa a não existir Problema 40. Achar a equação de uma curva sabendo que em cada ponto dela x 1 "y = e que ela passa por (1,0) com a inclinação de 135°. Solução. x 1 "y = pode ser escrito como : x 1 dx dy dx d = sendo que 'y dx dy = . Daí, podemos escrever x dx 'dy x 1 dx 'dy ndodiferencia = →= Integrando, )1(KKK,KxLn3'y KxLn3K'y x dx 'dy 12 21 −=+= ∴ +=+ = ∫∫ Se a curva passa no ponto (1,0) com inclinação de 135°, então 1135tg'y −=°= e, daí, o valor da constante K em (1) será : 1KK1Ln31 −=→+=− com isso, a expressão (1) será : )2(1xLn3 dx dy 'y1xLn3'y −==→−= Diferenciando e integrando (2), tem-se : ( ) ( ) ( ) 12 21 1 CCC,Cx1xLnxy Cx1xLnxCy partes) porintegraçãoa usamos(aqui,dxdxxLn3Cy dx1xLn3dy −==+−− ∴ +−−=+ −=+ −= ∫ ∫ ∫∫ Como a curva passa por (1,0), teremos : ( ) 2CC111Ln.10 =→=+−− e com isso, a equação procurada será : ( ) ( ) 2x1xLnxy 2x1xLnxy +−−= ∴ =+−− Note que para valores de x< 0 a função passa a não existir Problema 41. Achar a equação de uma curva cuja subnormal é constante e igual a 2a . Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal, a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma. Temos pela figura : y a2 dx dy y a2 y S dx dy tg N =→===θ Diferenciando e integrando, 12 2 21 2 21 2 CCC, Cax4y C2ax4C2y )2(Cax2C 2 y dxa2dyy −= += ∴ +=+ ×+=+ = ∫∫ Suponha, por exemplo, a = 1 e M (1,3). Teríamos então C = 5 e a curva será : ) parábola (5x4y2 += Problema 42. Achar a curva cuja subtangente é constante e igual a a . Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal, a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma. Temos pela figura : a y dx dy a y S y dx dy tg T =→===θ Diferenciando e integrando, constante é a"" , aCaCC,CxyLna aCxaCyLna )a(C a x CyLn dx a 1 dy y dy 12 21 21 −=+= ∴ +=+ ×+=+ = ∫∫ Suponha, por exemplo, a = 1 e M (1,e). Teríamos então C = 0 e a curva será : xey ou xyLn = = Problema 43. Achar a curva cuja subnormal é igual à abscissa do ponto de contato . Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal, a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma. Temos pela figura : y x dx dy y x y S dx dy tg N =→===θ Diferenciando e integrando, ) equilátera hipérbole( CCC,Cxy )2(C 2 x C 2 y dxxdyy 12 22 2 2 1 2 −==− ∴ ×+=+ = ∫∫ Suponha, por exemplo, C = 4. A curva será : 4xy 22 =− Perceba que a abscissa de M é 2 e a subnormal também é 2, tal qual exigido no problema. Problema 44. Achar a curva cuja normal é constante ( = R), admitindo que y = R quando x = 0 . Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal , a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma.Temos : y'.yS y S 'y dx dy tg N N =→===θ Além disso, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) )1(dyy.yNdx yN dy.y dxyNy. dx dy yNy'.yyN y 1 'yyN y 1 'y y yN )'y(y.)'y(yNSyN 2 1 2 1 2 1 2 1 22 22 22 222222 2 2 22 222222 N 22 − −=∴ − =→−=→ →−=→−=→−=→ → − =→+=→+= Integrando (1) , ( ) ( ) 12 22 2 22 1 22 1 22 CCC,CyNx CyNCx dy).y2.(yN 2 1 Cx dy.y.yNdx 2 1 2 1 −==−+ ∴ +−−=+ −−−=+ −= ∫ ∫ ∫ − − Como y = R para x = 0 e N = R , 0CCRR0 22 =→=−+ Daí, ( ) 222 2 222 22 22 Ryx yRx 0yRx 0yNx =+ ∴ −−= =−+ =−+ Problema 45. Determinar as curvas nas quais o comprimento da subnormal é proporcional ao quadrado da ordenada. Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal, a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma. Temos pela figura : y.k dx dy y y.k y S dx dy tg 2 N =→===θ Diferenciando e integrando, kx QQkx Qkx 12 21 eCy eC,e.ey ey QQQ,QkxyLn QkxQyLn dxk y dy = ∴ == = −=+= +=+ = + ∫∫ Suponha C = 1 , K = 1 e ponto M (1, e). Então a curva terá por equação : kxey = Perceba então que o comprimento da subnormal é 2e , ou seja, o mesmo é proporcional ao quadrado da ordenada, conforme solicitado pelo problema. Problema 46. Determinar a equação da curvas na qual o ângulo compreen- dido entre o raio vetor e a tangente é a metade da anomalia. Solução. A figura abaixo ilustra a tangente, a normal, a subtangente e a subnormal de uma curva y = f(x) num dado ponto (x,y) da mesma. Coordenadas Polares. Ângulo entre o raio vetor e a tangente Teorema. Se ψ é o ângulo compreendido entre o raio vetor OP e a tangente em P, então )1(', ' θ ρρ ρ ρψ d d ondetg == Seja P ( )θρ, um ponto de ( )θρ f= . Por P e um ponto Q ( )θθρρ ∆+∆+ , da curva, próximo de P, tracemos uma reta secante AB. Tracemos também PR perpendicular a OQ. Então, ρρ ∆+=OQ , ∡ θ∆=POQ θρ ∆= senPR e θρ ∆= cosOR . Ainda, )2( cos θρρρ θρ σ ∆−∆+ ∆ = − == sen OROQ PR RQ PR tg Seja ψ o ângulo compreendido entre o raio vetor OP e a tangente PT. Fazendo θ∆ tender a zero, temos que (a) o ponto Q tende a P ; (b) a secante AB gira em torno de P e tende à tangente PT ; (c) o ângulo σ tende a ψ . Logo ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ' 2 2 2 2 cos1 )3( cos 0 2 0 2 00 00 2 2 0 2 2 0 2 20 0 0 ρ ρ θ ρ ρ θ ρ θρ θ θρ θ ρ θρ θ θρ θ ρ θ ρ θ θρ ρρ θρ ρθρ θρ θρρρ θρψ θ θ θ θ θθ θθ θ θθ θ θθ θθ θ θ == ∆ ∆ +∆ ∆ ∆ = ∆ ∆ +∆ ∆ ∆ = ∆ ∆ + ∆ ∆ ∆ = ∆+ ∆ = ∆+∆− ∆ = ∆−∆+ ∆ = →∆ ∆ →∆ ∆ →∆→∆ →∆→∆ ∆ ∆→∆ ∆ ∆→∆ ∆→∆ →∆ →∆ d d Lim sen LimsenLimLim sen LimLim sen sen sen Lim sen sen sen Lim sen sen Lim sen Lim sen Limtg = 1 = 1 = 0 ρ ρ [ Da Trigonometria : cos(2x) = 1 – sen²(x) ] Para achar o coeficiente angular da tangente PT ( )τtg da curva ( )θρ f= dada em coordenadas polares e no ponto P ( )θρ, , tomamos, como usualmente, os eixos cartesianos OX e OY e, a partir daí, usamos o mesmo ponto P(x,y), agora em coordenadas cartesianas, θρθρ senyex == cos Daí, θρθρ θ θρθρ θ cos'cos' +=−= sen d dy esen d dx [ visto que du/dv = uv’ + vu’ ] Derivando, ) da tg angular ecoeficient ( cos' cos' ' '1 .. θρθρ θρθρ τ θ θ θ τ θ θ θ sen sen tg x y d dy dx d d dy dx dy tg d dx d dy d dx − + =⇒ ===== Podemos também deduzir a fórmula acima através das fórmulas da trigonometria, tal como segue abaixo: No triângulo OPT tem-se que ψθτ += ( teorema do ângulo externo ) Daí, ( ) θρθρ θρθρ τ θρ θρθρ θρ θρθρ ρ ρ θ θ ρ ρ θ θ ψθ ψθ ψθτ coscos' cos' cos' coscos' cos' cos' ' . cos 1 'cos .1 − + =⇒ − + = − + = − + = += sen tg sen sen sen tgtg tgtg tgtg [ tangente da soma de dois arcos ] Comprimento da subtangente polar e da subnormal polar Definição. Tracemos uma reta NT pela origem, perpendicular ao raio vetor do ponto P da curva. Se PT é a tangente e PN a normal à curva em P, então OT = comprimento da subtangente polar, ON = comprimento da subnormal polar, da curva em P . No triângulo OPT, ρ ψ OTtg = . Logo ρ θρρ ρ ρ ρ ρρψρ θ ρ d d OTOT OTOTtgOT d d 2 2 2 '' =∴=→ =→=→= No triângulo OPN, ON tg ρψ = . Logo θ ρρρ ψ ρ ρ ρ d d ONONON tg ON =∴=→=→= ' ' Pela figura acima percebe-se que o comprimento da tangente polar (=PT ) e o comprimento da normal polar (=PN ), podem ser achadas como sendo cada uma delas a hipotenusa de um triângulo retângulo. comprimento da Subtangente Polar comprimento da Subnormal Polar
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