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Exercise 10.1

Let Γ be the union of the parabolic arc y = 4 - x2 going from A (-2, 0) to C (2, 0) and the circle x2 + y2 = 4 from C to A.

Integrate the function f(x, y) = x along the closed curve Γ.

Let's have a look at Γ.

Γ f ds = ∫Γ1 f ds + ∫Γ2 f ds

Γ1 parametrisation

γ(t) = (t, 4 - t2), t ∈ [-2, 2]

γ̇(t) = (1, -2t)

‖γ̇(t)‖ = √(1 + 4t2)

Γ1 f ds = ∫-22 t · √(1 + 4t2) dt = 1/8 ∫-22 p t(1 + 4t2)1/2 dt

= -1/8 [3/2 (1 + 4t2)3/2 ]-22 = 0

Γ2 parametrisation

γ(t) = (2 cos t, 2 sin t), t ∈ [π, 2π]

γ̇(t) = (-2 sin t, 2 cos t)

‖γ̇(t)‖ = 2

Γ2 f ds = ∫π 2 cos t · √2 dt = 2√2 [sin t]π = 0

Therefore: ∫Γ f ds = ∫Γ1 f ds + ∫Γ2 f ds = 0

Exercise 10.2

Consider the cycloid parametrized by γ(t) = (r(t-sin t), r(1-cos t)), t ∈ [0, 2π],

with r > 0 and constant linear density μ = 1.

Find the centre of mass.

We have to find the mass:

ℓ(δ) = ∫0 1 ds = ∫0 √(2(1-cos t)) dt = 2r ∫0 √(1-cos t)/2 dt

f(t) = (r(1-cos t), r sin t)

||f'(t)|| = (r2(1-cos t)2 + r2sin2t)1/2

= (r2+r2cos2t + r2sin2t - 2r2cos t)1/2

= r (2 - 2 cos t)1/2

= 2r ∫0 sin(t/2) dt = 4r ∫0 1/2 sin(t/2) dt =

= 4r [–cos(t/2)]0 = 4r [1+1] = 8r

xG = 1/ℓ(δ) ∫0 x μ ds = 1/8r ∫0 r(t–sin t) r√(2–2 cos t) dt

= 1/8r ∫0 2r2(t–sin t) √(1–cos t)/2 dt

= r/4 ∫0 (t–sin t) sin(t/2) dt = 4π2/4 = πr

0 t sin t/2 dt = [2t(− cos t/2)]0 + ∫0 2 cos t/2 dt = 4π + 4 [sin t/2]0 + 0

= 4π + 4 [sin t/2]0

= 4π

by parts

f g' = [F g]-F' g

f(t)=t, g'(t)=sin t/2

f'(t)=1, g(t)= ∫ sin t/2 = 2∫ sin t/2 = 2 (– cos t/2)

0 sin t sin(t/2) dt = ∫0 sin t (1–cos t/2)/√2 dt = √2/2 [3/2 (1–cos t)3/2 ]0 = 0

Σe parametrized by be(θ, h) = (cosθ, sinθ, h)

θ ∈ [0, 2π], 0 ≤ h ≤ 3 - cosθ - 12sinθ

area(Σe) = ∫Σe 1  dS = ∫0 ∫03-cosθ-12sinθ  1  dθ dh = ∫0 3 - cosθ - 12sinθ dθ

<∂θbe∧∂hbe∇^ = || || ||                         ‍‍‍‍‍         ‍    ‍‍‍‍ ‍‍‍‍             ‍‍‍‍‍‍‍‍‍-sinθ  cosθ   ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍be = (cosθ,sinθ,0)   ‍‍‍‍‍0             ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍1

||∂θbe∧∂hbe|| = 1

        =[3θ - sinθ + 12cosθ]0

        = 6π + 12 - 12 = 6π

      Σ − π + 2 + 6π = 132 π

Dettagli
Publisher
A.A. 2023-2024
6 pagine
SSD Scienze matematiche e informatiche MAT/05 Analisi matematica

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher manny0204 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Analisi matematica 2 e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli Studi di Trento o del prof Bonicatto Paolo.