1053714_1502.qxp 10/27/08 1:44 PM Page 1080CAPÍTULO 15 Análisis vectorial1080 Chapter 15 15 Vector Analysis10801080 Chapter 15 Vector AnalysisChapter 15 Vector AnalysisEn In In los Exercises ejercicios 27–32, a evaluate 32, evaluar1080 Chapter 15 Vector AnalysisIn Exercises 27–32, evaluateIn Exercises 27–32, evaluateF dr dr C CCIn FExercises F drdr 27–32, evaluatedonde where CCestá is is represented representa by by porrr t rt. t ..C27. where 27. FFwherex, Cx, dryis yC isrepresented xi xirepresented yj yjby r t .by r t .CC: C: 27.rrF tt x, y ti ti xi tj, tj,yj 0 tt 127. F x, y xi yjwhere28. 28.F x, x,CyC: yis representedr xyi xyi t ti yj yj tj,by r0t .t 1C: r t ti tj, 0 t 127.C: FC: 28. x, rryF tt x, y xi 4 cos cos xyi yjti ti yj 4 sen sen tj, tj,0 tt 228.x, xyi yj29. 29.C: F x, x, r yC: yt r 3xi 3xi ti 4 tj,4yj 4yj cos 0ti t 4 sen 1 tj, 0 t 2C: t 4 cos ti 4 sen tj, 0 t 228.C: FC: 29. x, rry F tt x, y cos xyi cos ti ti 3xi yjsen sen 4yjtj, tj,0 tt 229.x, 3xi 4yj30. 30.C: F x, x, r yC: yt r 3xi 3xi t4 cos cos 4yj ti 4yj ti 4 sen tj, tj, 00 t t 22C: t cos ti sen tj, 0 t 229.C: FC: 30. x, rry F tt x, y ti 3xi ti 3xi 4yj4 4yjt 2 t30.x, 3xi 4yj2 j, j,2 tt 231. 31.C: F x, x, r y, C: y, t zz r tcos xyi xyi ti ti xzj xzj sen4 C: t ti 4 t 2 tj,yzk yzk tj,2 0j,t 2 t222 t 230.C: FC: 31. x, rry F tt x, y, ti 3xi tiz t 2 t31.x, y, z xyi 2 j4yjxyi j 2tk, 2tk, xzj 0 yzktt 1xzj yzk32. 32.C: F x, x, r y, C: y, t zzr ti xx C: t ti 2 2 iiti t 2 y4 yj 2 2 jtj 2tk,2 jt 2 zj,z 2 2 2tk, k 2 0 t t 2 10 t 11131.C: FC: 32. x, rry, F tt zx, y, 2 z sen xyi sen32.x, x 2 ti ti xi y 2 xzj i 2 2 ycos j z 2 j 2 yzktj tj zk2 k2 2t 2t t22 2 k, k,0 ttC: rC: t r ti 2 t 1CAS En In Inlos Exercises C: tejercicios 33233 sen33 and and ti 2 sen j ti 2tk, 2 cos 0 tjt CASy 34, 34, 34, 2 cosutilizar use use tjuna sistemacomputer 2t 2 k, 2t 12 k, 0 t0algebraico algebra tpor systemcompu-to totadora 32.evaluate F x,y y,the calcularthe z integral xIn Exercises 2 i yIn Exercises 33 andla 33 integral and 2 j z34, 2 kCASuse a computer algebra system toCAS34, use a computer 1C: algebra system toevaluate r t the 2 sen integral ti 2 cos tj 2t 2 k, 0 tevaluate the integralF dr drCAS In C CC Exercises 33 and 34, use a computer algebra system toevaluateFF dr thedrintegraldonde where CCestá is is representedrepresenta by byCporrr t rt.t ..33. where 33. FFx, FwhereCx, dry, is y, z zrepresented zC is represented xx 2 2 zi zi 6yj 6yjbyby r t yz yz .2 2 r kt .C33.C: C: 33.F x, rt rrF y, tt x,z y, ti tiz x 2 zi t 2 t 2 jxj 2 zi6yj ln ln tk, tk, 6yjyz 2 k1≤yz 2 tkt≤ 3where CC:is representedr t xi xiti yj zk34. 34.Fx, C: r y,tz zti t 1 t 3 2 yjt byF x, y, z j ln 2 jrzktln.tk, 1 t 3tk,33. F x, y, z x x xx 2 2 yy 2 2 xi yj zkz z 2 234. F x, y, z2 zi xi6yj yj yz 2 zk k34.FC: x,rt r y, tt z ti ti x tj tj 2 t 2 j xy e 2 e 2 t ln k,t k, tk, yz 2 0 ≤1 z t 2 t≤t 2 3C: r t Work Work C: InrIn t Exercises ti xiti tj 35–40, yjtj e t k, zke find find 0 t k, 0 t 234. F x, y, zthe the t work work 2done done by by the the force force field fieldTrabajo En los ejercicios 35 a 40, hallar el trabajo realizadoF on on a particle moving x along along the the given given path. path.por Work elWorkcampoInIn Exercises deExercises 2 y 2 zfuerzas 35–40, F35–40, 2 sobre find the unafindwork partículathe work donedone que by the sebymuevethe forceforce field a lofieldC:largo 35. F 35. on Fa de x, x,on r tparticle yla yatrayectoriaparticle tj xi xi moving 2yj 2yjmoving e t k,dada.along 0 the t given 2 path.along the given path.Work35.C: C: 35.F x, xIn xF Exercises x,y t, t, y yxi t 3 xi t2yj3from 35–40, from 2yj0, 0, find 0to to the 2, 2, work 8 done by the force fieldF on yya particleC: xmovingt, y C: x t, yC: x = t, y = t 3 t from 0, 0 to 2, 8ydesde 3 talong 3 fromthe0, 0givento y2, path.835. F x, y0, 0 hasta 2, 8y88y(2, (2,y 8) 8)xi 2yjyyyC: x t, y t 116868 (2, 8)3 from 0, 0 to 2, 8(2, 8)y 8 (2, 8)y114646C16C8 (2, 8)CC2424C4 C1 Cxx62 C112xxx4 2x22 44 66 88CC1x1 xx1Figure 2 2 for for 35 35 2 4 6 84 6 8 xFigure for for 36 36x2 4 6 836. Figure 36.FFigure x, x, for yy for35 xx 2 2 35ii xyj xyjFigure for 361x Figure for 36Figura 2 para 4 35 Figura para 3636.C: C: 36.F x, xxF x,y cos cos yx 2 3 i 3 6 t, t,yxyxyj2 8i sen sen xyj3 3 ttfrom from1, 1, 0to to0, 0, 1Figure for36. Fx, C: xy C: 35x cos x 23 it,cos y xyj3 t, ysen 3 sen from 1, 0 to 0, 1t from3 t Figure for 361, 0 to 0, 136. C: F x, x y cosx 32 t, i y xyjsen sin 3 t desde 1, 0 hasta 0, 1C: x cos 3 t, y sen 3 t from 1, 0 to 0, 137. 37.F x, x, yy xi xi yj yjC:C: 37.triángulo counterclockwise F x, y cuyos xi vértices yjaround son the the (0, triangle 0), (1, with with 0) y (0, vertices 1), recorrido0, 0, 0,,37. F x, y xi yjen 1, 1, C:sentido 0, counterclockwise , and and 0, contrario 0, 1(Hint: a las around See See manecillas Exercise the triangle del 17a.) 17a.) reloj. with (Sugerencia: vertices 0, 0 ,C: counterclockwise around the triangle with vertices 0, 0 ,yyVer ejercicio 17a.)yy37. F x, 1, y 1,0 , and xi0, and0, yj 0, 1 (Hint: See Exercise 17a.)1 (Hint: See Exercise 17a.)C: y counterclockwise yaround the triangle 33ywith yvertices 0, 0 ,(0, (0, 1)111, 1) 0 , and 0, 1 (Hint: See Exercise 17a.)33y (0, 1)(0, 1)yC11C11C3 C(0, 1) C11xx1 Cxx−2 −2 −1 −1 11 2211Cxx−1 −1xx−2 −1 1 2C 1−2 −1 1 1 21−1Figure for for 37 37 Figure for for −138 38xx−2 −1 1 238. Figure 38.Figura FFigure x, x, for yy para for 3737 yi yi 137 xj xj Figura Figure para for 38 38Figure for −138C: C: 38.Fx, counterclockwise F x, y yiy yi xjalong along xj the the semicircle yy 4 xx 38. F y xj2 2from fromFigure for 2, 2, C:37 0counterclockwise to to2, 2, 0 along Figure the semicircle for 38 y 4C: counterclockwise contorno del semicírculo along the ysemicircle 4 xy 2 desde 4 2, x02 xC:from2 fromhasta39. 38. 39.F x, x, x, 2, y, yy, zz 2,0xi 00 to recorrido yi xito2, 0yj xj yj2, 0en5zk 5zksentido contrario a las manecillas del39.FC:C: 39.x, rcounterclockwise relojrF tt x, y, 2 z cos cos ti ti xi 2y, z xi yj along sen yj sen tj tj5zk the 5zktk, semicircle tk,0 tty 2 4 x 2 from39. Fx, C: rz2, y, C: z 0t zr tot2 cos xi 2, 2 cos 0ti yj ti 2 sen 5zk2 sen tj tk, 0 t 2tj tk, 0 t 239. FC: x, rt y, z zz 2 xi cos tiyj 2 sen 5zk sin tj tk, 0 ≤ t ≤ 2zz2π 2πC: r t C 2 cos ti 2 sen tj tk, 0 t 2z33z2πz2π z CzCπ2232π3C3C 11−3 −3 πz 22ππ−3 −3552C21C1−3 π −35 C 3−3−35 C 13333π33yy52−3−3xyy33333Figure 3for for 39 39 yC 1−33 −3yFigure 5for for 40 40yyyx 3 3 y40. Figure 40.FFigure x, x, for y, y, z39 zfor 39yzi yzi xzj xzj xyk xyk Figure for 40Figure for 4033 3 yy40.C: C: 40.F x, line line F x,y, z from from y, zyzi 0, 0, 0, 0, yzixzj 0to to xzj 5, 5,xyk3, 3, xyk 2Figure Figura for C: 39 paraline from390, 0, 0 to 5, Figure Figura3, 2 for para 40 40In In Exercises C: line from41– 41– 44, 44, 0, 0, determine 0 to 5, 3, whether 2the the work work done done along along the the40.pathpath FFx, In CExercises y, positive, zz yzi 41– negative, xzj44, determine xykor or zero. zero. whether Explain. the work done along theIn Exercises C: 41– 44, determine whether the work done along therecta de 0, 0, 0 a 5, 3, 241. path 41.path line C from is positive, 0, 0, 0C is positive, negative, yynegative, to 5, 3, or 2 zero. Explain.or zero. Explain.In41.En Exercises los 41. ejercicios 41– 44, 41 determine a y 44, ydeterminar whether si the el trabajo work done efectuado along the a lopath largo Cde is la positive, trayectoria negative, C es positivo, or zero. Explain. negativo o cero. Explicar.41.C42. 42.42.42.CC42.CCCyCxxxxyyxyyxxyxxCx
SECCIÓN 15.215.2IntegralesLine Integralsde línea1081 108143.yIn En Exercises los ejercicios 55–62, evaluate a 62, evaluar the integral la integralCx44.yCxEn In Exercises los ejercicios 45 and 45 y 46, 46, evaluate para cada curva hallar C F dr.C F dr for each curve.Analizar Discuss the la orientación orientation of de the la curva curve and y su its efecto effect sobre on the el value valor of dela the integral. integral.45. 45. Fx, Fx, y y x 2 i xyj xyja) (a) rr 1 t 2ti t 1j, 1 ≤ t ≤ 31 t 2ti t 1j, 1 t 3b) (b) r 2 rt 23 ti 2 tj, 0 ≤ t ≤ 22 t 23 ti 2 tj, 0 t 246. 46. Fx, Fx, y y x 2 yi yi xy xy 32 32 ja) (a) rr 1 t t 1i t 2 j, 0 ≤ t ≤ 21 t t 1i t 2 j, 0 t 2b) (b) r 2 rt 1 2 cos ti 4 cos 2 tj, 0 ≤ t ≤ 22 t 1 2 cos ti 4 cos 2 tj, 0 t 2En In Exercises los ejercicios 47– 47 50, a demonstrate 50, demostrar the la property propiedad thatF dr 0CCindependientemente regardless of the initial de cuáles and terminal sean los points puntos of C, inicial if the y tangent final deC, vector si el rt vector is tangente orthogonal rt to es the ortogonal force field al F. campo de fuerzas F.47. Fx, Fx, y y yi yi xj xjC: C: rt rt ti ti 2tj48. Fx, Fx, y y 3yi xj xjC: C: rt rt ti ti t 3 j49.Fx, Fx, y y x x 3 2x 2 i i x 2 2 y jC: C: rt rt ti ti t 2 j50. Fx, Fx, y y xi xi yj yjC: rt rt 3 sensin ti ti 3 cos tj tjIn Exercises 51–54, evaluate the line integral along the path CEngivenlosbyejerciciosx 2t,51y a 54,10t,evaluarwhere 0laintegralt 1.de línea a lo largo dela trayectoria C dada por x 2t, y 10t, donde 0 ≤ t ≤ 1.51. x 3y 2 dy52.51. x 3y 2 dy52.C C53. xy dx y dy54.53. xy dx y dy54.C CC CC Cx x 3y 3y2 2 dxdx3y 3y x x dx dx y y2 2 dydyC C2x2xyydxdx1xx13y3ydydya lo largo de la trayectoria C.along the path C.55. C: eje x desde x 0 hasta x 555. C: x-axis from x 0 to x 556. C: eje y desde y hasta y 256. C: y-axis from y 0 to y 257. C: los segmentos de recta de (0, 0) a (3, 0) y de (3, 0) a (3, 3)57. C: line segments from 0, 0 to 3, 0 and 3, 0 to 3, 358. C: los segmentos de recta de (0, 0) a (0, 3) y de (0, 3) a58. C: line(2, 3)segments from 0, 0 to 0, 3 and 0, 3 to 2, 359.59.C:C:arcarcoonsobrey 1y 1x 2fromx 2 desde0, 10,to 1,1 hasta01, 060.60.C:C:arcarcoonsobrey xy 32fromx 32 desde0, 00,to 4,0 hasta84, 861.61.C:C:parabolictrayectoriapathparabólicax t, y x 2t 2 t,, fromy 0,2t 2 0, desdeto 2, 80, 0 hasta62. C: elliptic 2, 8 path x 4 sin t, y 3 cos t, from 0, 3 to 4, 062. C: trayectoria elíptica x 4 sen sin t, y 3 cos t, desde 0, 3 hastaLateral Surface Area In Exercises 63–70, find the area of the4, 0lateral surface (see figure) over the curve C in the xy-plane andunder the surface z fx, y, whereÁrea de una superficie lateral En los ejercicios 63 a 70, hallar elárea de la superficie lateral (ver la figura) sobre la curva C en elLateral plano xysurface y bajo area la superficie fx, z y ds. f x, y, dondeÁrea de la superficie z lateral f x, y ds.Surface:Cz = f(x, y)zCSuperficie:z = f(x, y)LateralsurfaceSuperficie(x i, y i)QlateralyP∆s(x i, y i) iQyxP C: Curve∆sin xy-planei63. f x, y h, C: line from 0, 0 to 3, 4C: curva en el plano xy64. f x, y y, C: line from 0, 0 to 4, 4)65. 63. ffx, x, y y xy, h,C: recta x 2 desde y 2 0, 1 from 0 hasta 1, 0 3, to 4 0, 166. 64. ffx, x, y y xy, y, C: recta C: x 2 desde y 2 0, 10from hasta 1, 4, 04)to 0, 167. 65. ffx, x, y y h, xy, C: C: y x 2 1 y 2 x 2 from 1 desde 1, 0 1, to 00, hasta 1 0, 168. 66. ffx, x, y y yx 1,y, C: C: yx 2 1 y 2 x 1from desde 1, 1, 0 0 to hasta 0, 10, 169. 67. ffx, x, y y xy, h,C: y 1 x 2 desde from 1, 1, 0 0tohasta 0, 1 0, 170. 68. ffx, x, y y xy 2 1, y 2 C: 4, y C: 1x x 2ydesde 2 4 1, 0 hasta 0, 169. f x, y xy, C: y 1 x 2 desde 1, 0 hasta 0, 171. Engine Design70. f x, y x 2 y 2 A tractor engine 4, C: x 2 has y 2 a steel component with 4a circular base modeled by the vector-valued function71.rtDiseño 2decosmotoresti 2 sinUntj. Itsmotorheightde tractoris giventienebyunaz pieza1 y 2 de.(Allaceromeasurementscon una baseofcircularthe componentrepresentadaare inporcentimeters.)la función vectorialFind r(t) = the 2 cos lateral ti + surface 2 sen tj. area Su altura of the está component. dada por z 1 y 2 .(a)(b) (Todas The las component medidas en is centímetros.)in the form of a shell of thickness 0.2a) Hallar centimeter. el área Use de la the superficie result of lateral part (a) de to la pieza. approximate theb) La amount pieza of tiene steel forma used de in its capa manufacture. de 0.2 centímetros de espesor.(c) Utilizar Draw a el sketch resultado of the del component. inciso a) para aproximar la cantidadde acero empleada para su fabricación.c) Hacer un dibujo de la pieza.
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