14.3ecuaciones paramÉtricas, curvas planas y graficas polares

15
www. .com Matematica1 70 ECUACIONES PARAMÉTRICAS, CURVAS PLANAS Y GRAFICAS POLARES. Suponga que una partícula se mueve en un plano de modo que las coordenadas (x, y), de su posición en cualquier tiempo t. están dadas por las ecuaciones: ( ); () x ft y gt = = Entonces, para cada número t del dominio común de f y g la partícula se encuentra en el punto ( ( ), ( )) f t gt y estos puntos describen una curva plana C recorrida por la partícula. Las ecuaciones dadas se denominan ecuaciones paramétricas de C y la variable t se llama parámetro. Si se elimina el parámetro t del par de ecuaciones dadas, se obtiene una ecuación en (, ) x y , denominada ecuación cartesiana de C. La eliminación del parámetro puede conducir a una ecuación cartesiana cuya gráfica contiene más puntos que la gráfica definida por las ecuaciones paramétricas. Ejemplo: Obtenga una ecuación cartesiana de la gráfica de las ecuaciones paramétricas [ ] 2cos( ); 2 ( ); 0,2 x t y sen t π = = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4cos ( ); 4 () 4cos ( ) 4 () 4(cos ( ) ( )) 4 x t y sen t x y t sen t x y t sen t x y = = + = + + = + + = La gráfica de esta ecuación es una circunferencia con centro en el origen y radio 2. Nota: Si se permite que t tome todos los valores del intervalo cerrado [ ] 0, 2 π , se obtiene la circunferencia completa iniciando en el punto (2, O) y se recorre en el sentido contrario al giro de las manecillas del reloj, Si bien el parámetro de un par de ecuaciones paramétricas representa regularmente el tiempo, esto no siempre es así, el parámetro t puede representar la medida en radianes del ángulo medido a partir del semieje x positivo hasta el segmento de recta que une el origen con el punto (, ) x y de la circunferencia. CIRCUNFERENCIA CON CENTRO EN EL ORIGEN Y RADIO R > 0. Obviamente un punto (x, y) del plano está en la circunferencia si, y sólo si, su distancia al centro de la misma (que por lo que se ha dicho es el origen) es r, es decir los puntos de la circunferencia son aquellos que cumplen 2 2 2 x y r + = Resulta imposible obtener y, como una sola función de x, ya que al despejar y de la ecuación anterior se obtiene 2 2 y r x = y si se elige el signo + en la raíz cuadrada se obtiene la parte superior de la circunferencia, mientras que si se elige el signo se obtiene la inferior.

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JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI INGENIERÍA PROCESOS QUÍMICOS

 ECUACIONES PARAMÉTRICAS, CURVAS PLANAS Y GRAFICAS POLARES. 

 Suponga que una partícula se mueve en un plano de modo que las coordenadas (x, y), de su posición en cualquier tiempo t. están dadas por las ecuaciones:  

( ); ( )x f t y g t= =  Entonces, para cada número t del dominio común de f y g la partícula se encuentra en el punto  ( ( ), ( ))f t g t   y  estos puntos describen  una  curva  plana  C  recorrida por  la partícula.  Las  ecuaciones  dadas  se  denominan  ecuaciones  paramétricas  de  C  y  la variable t se llama parámetro.  Si se elimina el parámetro t del par de ecuaciones dadas, se obtiene una ecuación en ( , )x y , denominada ecuación  cartesiana de C.  La eliminación del parámetro puede conducir  a una ecuación  cartesiana  cuya gráfica  contiene más puntos que  la gráfica definida por las ecuaciones paramétricas.   Ejemplo: Obtenga una ecuación cartesiana de la gráfica de las ecuaciones paramétricas 

[ ]2cos( ); 2 ( ); 0, 2x t y sen t π= =  2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

4cos ( ); 4 ( )4cos ( ) 4 ( ) 4(cos ( ) ( )) 4

x t y sen tx y t sen t x y t sen t x y

= =

+ = + ⇒ + = + ⇒ + = 

La gráfica de esta ecuación es una circunferencia con centro en el origen y radio 2.  Nota:  Si  se  permite  que  t  tome  todos  los  valores  del  intervalo  cerrado [ ]0, 2π ,  se obtiene  la  circunferencia  completa  iniciando  en  el  punto  (2,  O)  y  se  recorre  en  el sentido contrario al giro de las manecillas del reloj,  Si bien el parámetro de un par de ecuaciones paramétricas representa regularmente el tiempo,  esto  no  siempre  es  así,  el  parámetro  t  puede  representar  la  medida  en radianes del ángulo medido a partir del semieje x positivo hasta el segmento de recta que une el origen con el punto ( , )x y  de la circunferencia.   CIRCUNFERENCIA CON CENTRO EN EL ORIGEN Y RADIO R > 0.   Obviamente un punto (x, y) del plano está en la circunferencia si, y sólo si, su distancia al centro de la misma (que por lo que se ha dicho es el origen) es r, es decir los puntos 

de la circunferencia son aquellos que cumplen 2 2 2x y r+ =   Resulta  imposible obtener y, como una sola  función de x, ya que al despejar y de  la 

ecuación anterior  se obtiene 2 2y r x= −  y si se elige el signo + en la raíz cuadrada se obtiene la parte superior de la circunferencia, mientras que si se elige el signo − se obtiene la inferior.  

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Sin embargo es posible describir  la posición de un punto de  la circunferencia de otra manera muy  natural. Dado  un  punto  cualquiera  sobre  la  circunferencia,  se  traza  el segmento que lo une al centro de la misma. Se tiene que este segmento forma con el eje  de  abscisas  un  ángulo  que  mide  t  radianes  y  las  coordenadas  del  punto  son ( cos( ), ( ))r t rsen t . Obviamente  si  se hace  variar  t  en  el  intervalo[0, 2 ]π   se obtienen todos los puntos de la circunferencia. Las ecuaciones paramétricas de la circunferencia son, por tanto ( ) cos( ); ( ) ( ) [0,2 ]x t r t y t rsen t dondet π= = ∈   RECTA  La  ecuación  paramétrica  de  la  recta  que  pasa  por  el  punto  (a,  b)  y  tiene  dirección 

1 2,V v v= es        1 2; :x a v t y b v t donde t R= + = + ∈ , por  tanto  la ecuación de  la  recta 

que pasa por los puntos (a, b) y (c, d) es ( ) ; ( ) :x a c a t y b d b t donde t R= + − = + − ∈   CIRCUNFERENCIA CON CENTRO EN UN PUNTO CUALQUIERA Y RADIO R  La ecuación paramétrica de la circunferencia con centro en el punto (a, b) y radio r se obtiene  desplazando  la  circunferencia  con  centro  en  el  origen 

( ) cos( ); ( ) ( ) [0,2 ]x t a r t y t b rsen t dondet π= + = + ∈   ELIPSE  La  ecuación  paramétrica  de  una  elipse  de  semiejes  coincidiendo  con  los  ejes  y longitudes  a,  b,  con  centro  en  el  origen es ( ) cos( ); ( ) ( ) [0,2 ]x t a t y t bsen t dondet π= = ∈ y  con  centro diferente del origen  (c  , d)es:  ( ) cos( ); ( ) ( ) [0,2 ]x t c a t y t d bsen t dondet π= + = + ∈   HIPÉRBOLA  Las ecuaciones paramétricas de la hipérbola son 

( ) cosh( ); ( ) ( )x t a t y t bsenh t dondet R= = ∈   CICLOIDE Si  una  circunferencia  de  radio  r  gira  sin  deslizar  sobre  una  recta,  entonces  uno cualquiera de sus puntos recorre una curva llamada cicloide. Para hallar las ecuaciones paramétricas de la cicloide supóngase que la recta es el eje de  las  abscisas,  que  el  punto  de  la  circunferencia  elegido  es  el  que  al  iniciarse  el movimiento se encuentra sobre la recta, y elíjase dicho punto como origen del sistema de coordenadas.  

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Unos instantes después la circunferencia ha avanzado estando apoyada sobre el punto D de la recta (ver figura).  

  Si  el  punto  que  se  considera  se  encuentra  en  A,  la  distancia  recorrida  por  la 

circunferencia,  que  es  el  segmentoOD   tiene  la misma  longitud  que  el  arco  de  la 

circunferencia AD .  La  longitud  de  dicho  arco  se  puede  parametrizar  fácilmente  en función del ángulo t que forman el radio que une el centro de la circunferencia con el punto que describe la cicloide con el radio que va a la recta.  

La  longitud  del  arco  es    rt .  Sea B  el  punto  sobre  el  radio  que  une  el  centro  de  la 

circunferencia C con D que está a la misma altura que A. Entonces la distancia de A a B 

es  ( )rsen t  y la distancia de C a B es  cos( )r t .  

La  coordenada  x  del  punto  A  es  la  longitud  OD   menos  la  longitud  AB ,  ambas 

conocidas e iguales respectivamente a  rt  y  ( )rsen t . 

La  coordenada  y  es  el  radio  de  la  circunferencia menos  la  distancia  CB ,  también 

conocida en función del parámetro t.  

Por tanto las ecuaciones paramétricas son: 

( ) ( ( )); ( ) (1 cos( )) [0,2 ]x t r t sen t y t r t donde t kπ= − = − ∈   Donde  k  es  el  número  de 

vueltas que da la circunferencia. 

 

CURVA PLANA LISA 

Una  curva  plana  C  definida  por  las  ecuaciones  paramétricas 

( ); ( )x f t y g t a t b= = ≤ ≤  se dice que es Lisa (o suave) en el intervalo cerrado [a. b] 

si f' y g' son continuas en    [a, b], y f  '(t) y g'(t) no son cero simultáneamente en cada 

número del intervalo abierto (a, b). 

 

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Suponga que una curva lisa C está definida paramétricamente por  ( ); ( )x f t y g t= =  

Entonces la derivada de cada función h, denotada por:  ; : 0

dydy dxdt dondedxdx dt

dt

= ≠  

Esta ecuación expresa  la derivada de y con respecto a x en términos del parámetro t 

para toda función diferenciable h, tal que y = h(x). 

Como: 2 2 2

2 2 2

( )( )( )

d yd y d dy d y d y d y dt

dxdx dx dx dx dx dxdt

′′

= ⇒ = ⇒ =  

PENDIENTE DE LA RECTA TANGENTE 

La  pendiente  de  la  recta  tangente  en  un  punto  de  la  curva  C  definida  por  las 

ecuaciones paramétricas  ( ); ( )x f t y g t= = es: 

dydy dt

dxdxdt

=  

RECTA TANGENTE HORIZONTAL  

La gráfica tiene una recta tangente horizontal en un punto donde  0dydt

=  y  0dxdt

≠  

RECTA TANGENTE VERTICAL 

La gráfica tiene una recta tangente vertical en un punto donde 0dxdt

=  y  0dydt

≠  

Nota:  una  curva  que  tiene  las  ecuaciones  paramétricas 

( ); ( ) :x f t y g t donde a t b= = ≤ ≤  La pendiente de  la curva de  la  figura en un punto 

particular está determinada por: ( )( )

dy f tdx g t

′=

′y la pendiente del segmento de recta que 

pasa por los puntos  ( ( ), ( )) ( ( ), ( ))A g a f a y B g b f b  está dada por( ) ( )( ) ( )

f b f ag b g a

−−

 

 En  los ejercicios 1 a 10, dibuje  la grafica de  las ecuaciones paramétricas y obtenga una ecuación cartesiana de la grafica   

[ ]1. 4cos , 4 ; 0,2x t y sen t t π= = ∈   

[ ]4cos , 4 ; 0,2x t y sin t t π= = ∈              2 2 2 216cos 16sin 16x y t t→ + = + =  

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[ ]2. 4cos , 4 ; 0,x t y sen t t π= = ∈  

[ ]4cos , 4sin , 0x t y t t π= = ∈                2 2 2 216cos 16sin 16, 0x y t t y→ + = + = ≥  

                

1 13. 4cos , 4s n , ,2 2

x t y e t t π π⎡ ⎤= = ∈ −⎢ ⎥⎣ ⎦   

1 14cos , 4sin , ,2 2

x t y t t π π⎡ ⎤= = ∈ −⎢ ⎥⎣ ⎦          2 2 2 216cos 16sin 16, 0x y t t x→ + = + = ≥  

 [ ]4. 9cos , 4 , 0,2x t y sen t t π= = ∈  

[ ]9cos , 4 , 0,2x t y sin t t π= = ∈              2 2

2 22 2 cos sin

9 4x y t t t→ + = + =

 

 

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[ ]5. 4cos , 25 , 0,2x t y sen t t π= = ∈  

[ ]4cos , 25 , 0,2x t y sin t t π= = ∈              14 tan , 9sec , 0 ,2

x t y t t π π π3→ = = ∈[ ) [ )2

∪         

   

  

1 16. 4cos , 25 , ,2 2

x t y sen t t π π⎡ ⎤= = ∈ −⎢ ⎥⎣ ⎦ 

1 14cos , 25 , ,2 2

x t y sin t t π π⎡ ⎤= = ∈ −⎢ ⎥⎣ ⎦              

2 22 2

2 cos sin 1, 04 25x y t t→ + = + = =≥   

  

1 17. 4sec , 9 , ,2 2

x t y sin t t π π⎛ ⎞= = ∈ −⎜ ⎟⎝ ⎠

 

2 1 14sec , 9sec ; 0 ,2 2

x t y t t π π⎡ ⎤= = ∈ ⎢ ⎥⎣ ⎦              

2 22 2

2 2 sec tan 1, 04 9x y t t x→ + = − = >

  

 

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18. 4 tan , 9sec , 0 ,2

x t y t t π π π3= = ∈[ ) [ )2

∪        

14 tan , 9sec , 0 ,2

x t y t t π π π3= = ∈[ ) [ )2

∪            2 2

2 22 2 sec tan 1, 0

9 4y x t t x→ + = − = >    

  9. 3 2 , 4 1x t y= − = +  

( ) ( )3 2 , 4 2 3 2 8 2 11x t y t x y t t= − = + → + = − + + =  

 10. 2 5, 1x t y t= − = +  

( ) ( )2 5, 1 2 2 5 2 2 7x t y t x y t t= − = + → − = − − + = −  

 

En los ejercicios 11 a 16, calcule 2

2

dy d yydx dx

 sin eliminar el parámetro.  

211. 3 , 2x t y t= =  

2

2

44 4 43;3 3 3 9

dy dydy t d ydt dttdx dxdx dx

dt dt

= = = = = =  

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 212. 1 , 1x t y t= − = +  

( )2

22

2 3

12 ; 12

1' 3 12'

2 2 4

dydx dy dx dtt dxdt dt dt t

dt

td ydy d yy tdx dt dx t x

= − = ⇒ = = −

= ⇒ = ⇒ = = −−

 

 213. , lntx t e y t t= =  

( )

( ) ( ) ( ) ( )

( )( ) ( )( )

( )

22 2 2 2

32 3 2

ln 12

2 ln 1 2 22 ln 1 4 2(2 )

2 2

t

t t t t

t

t t

dydy tdt

dxdx te tdt

e t t e t te t tedyt t t td y t e tdt

dxdx te t t e tdt

+= =

+

⎡ ⎤+ − + + + + +′ ⎣ ⎦+ − + + ++= = =

+ +

 214. , 1 costx e y t= = +  

22

12 2

tt

dydy sentdt e sentdxdx e

dt

−−= = = −  

2 22

42 2

1 cos 1 12 cos2 2 4

t t

tt

e sent e td y sent t edx e

− −

−− ⎛ ⎞= = −⎜ ⎟

⎝ ⎠ 

 15. cos ,x a t y b sen t= =  

22

32 2

' csccos csc

dy dy b tdy b t b d y bdt dt actg t tdx dxdx a sent a dx a sent adt dt

= = = − ⇒ = = = −− −

 

 16. cosh ,x a t y b senh t= =   

( )2

22 3

2 2

cosh( ); cosh h

csc'' csc csc

dx dy dy b t ba senht b t ctg tdt dt dx a senht a

b h td y b d y bay h t h tdt a dx a senh t a

= = ⇒ = =

−= = − ⇒ = =−

 

 

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En los ejercicios 17 a 21, para las graficas de las ecuaciones paramétricas (a) obtenga las rectas tangentes horizontales y verticales y (b) determine la concavidad (c) dibuje la gráfica.   

2 217. 4 4 , 1 4x t t y t= − = −   

2

8 4; 8 .

10 8 4 0 , : 4 02

: 4 4 1 1 . .

0 8 0 0, : 4 0

dx dyt tdt dtdx dy dyt t sustituir esevalor endt dt dtahora sustituir enla ecuación x t t x x Ec dela recta tg verticaldy dx dxt t sustituir esevalor endt dt dtahora sustit

= − = −

= ⇒ − = ⇒ = ⇒ = − ≠

= − = − = −

= ⇒ − = ⇒ = ⇒ = − ≠

( )

2

22 2

32 2

: 1 4 1 . .32

8 48 18 4 8 4 116

21 12 2

uir enla ecuación y t y Ec dela recta tg horizontal

dytdy d y d ydt

dxdx t dx t dxtdt

La gráfica es concava hacia arriba cuando t y hacia abajo cuando t

= − ⇒ = −

−−= = ⇒ = ⇒ =

− − ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠

< >  

 2 218. ,x t t y t t= + = −  

( )22 2 2

32 2 2

2 1; 2 1.

1 10 2 1 0 2 0; . .2 41 10 2 1 0 2 0; . . .2 4

4 12 12 1 2 0

2 1 2 1 12

dx dyt tdt dtdy dxt t y Ec dela recta tg horizontaldt dtdx dyt t x Ec dela recta tg verticaldt dt

tdy t d y d y d ysi tdx t dt t dt dt

t

= + = −

= ⇒ − = ⇒ = ⇒ = ≠ =−

= ⇒ + = ⇒ = ⇒ = − ≠ = −

+−= ⇒ = ⇒ = = ⇒

+ + ⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠

1 ;2

1 12 2

La gráfica es concava hacia abajo si t y concava hacia arriba si t

= −

< − > −

 

 

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 3 219. 2 , 4x t y t= =  

( )3 2 2

2

2 22

2 2 2 4

2 , 4 6 ; 8

8 4 0 0 0 .6 3

423 ;

6 9

dx dyx t y t semicúbica parábola t tdt dt

dydy t dydt si t x Ec dela recta tg verticaldxdx t t dx

dt

d y d yt la gráfica es siempreconcava hacia abajodt t dt t

= = ⇒ = =

= = = ⇒ = ⇒ = ⇒ =

= ⇒= = −

 

 

  

2 320. 2 , 3x t y t= =  

( )

22

2 2 2

2 2 2

9 94 ; 94 4

0 4 0 0, 0; 0 . .

9' 9 94' ; 0 0

4 4 160 0

dydx dy dy tdtt t tdxdt dt dx t

dtdx dyt t y Ec dela recta tg horizontaldt dt

d y d y d y d yy si tdt dx t dx t dx

La gráfica es concava hacia abajo si t concava hacia arriba si t

= = ⇒ = = =

= ⇒ = ⇒ = ⇒ = =

= = ⇒ = ⇒ = = ⇒ =

< >

 

 

 

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 2

3 3

3 321. , ; 11 1

t tx y tt t

= = ≠−+ +  

( )( )

( )( )

( )( )

3 32

2 23 3 3 3

3 23

2 33

23 23

3

3 1 2 3 23 3, ; 1 ,1 1 1 1

3 2 30 0 0; 2 0 3 0 : 011

9 32 0 : 2 .25 1

t t tt t dx dyx y tt t dt dtt t

t tdy dx tt t Cuando t susten y ydt dt tt

dx tcuando t susten y y estassonlasrectastg horizontalesdt t

− −= = ≠− ⇒ = =

+ + + +

−= ⇒ = ⇒ = = = ⇒ = ≠ = ⇒ =

++

= ⇒ =− ≠ = ⇒ =+

( )( )

( )

33 32 2

2 333

3

3

3 1 2 1 30 0 2 0, : 2 . e .121

: , 0, 0

2. 0 . (0,0)

1 2

tdx dy tt susten x x ec r ctatg verticaldt dt tt

Como t x y ytambiéndy

t tdy dt x esunarectatg vertical sianexamosalacurvael puntodxdx tdt

−= ⇒ = ⇒ = ⇒ = ≠ = ⇒ =

++

→±∞ → →

−= = ±∞ ⇒ =

 

( ) ( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

2 2 2 43 3 3 32 2

2 2 32 233 3 3

432

32 33

3 3

2 1 2 1 1 2 1'.3 1 22 1 2 1 3 2 1

2 1 10 0 1;23 2 1

1 11 1 ;2 2

1 0

t t t td y d y d ydt dx dxtt t t

td y t tdx t

La gráficaes concavahaciaarribaen t y t concavahaciaabajo t

Larecta x y esunaasínto

+ + + += ⇒ = ⇒ = −

−− − −

+= ⇒− = ⇒ = − =

< − − < < >

+ + =

( ) ( ) ( )

( )( )( )

1 1

2

3 3 221 1 1

, 1 lim 1 lim 1

3 13 3 3lim 1 lim 1 lim 1 1 1 01 1 11 1

t t

t t t

taoblicuael punto x x sobrelarectaes y x y x

t tt t tt t t tt t t

→− →−

→− →− →−

− − − − − = + + =

⎡ ⎤+⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥+ + = + = + = − + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ + − ++ − + ⎝ ⎠⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦

 

 

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 22. Un proyectil  se desplaza de modo que  las  coordenadas de  su posición en  cualquier instante  t  están dadas por las ecuaciones paramétricas  260 80 16x t y y t t= = − . Dibuje la trayectoria de proyectil. 

 

   23. Obtenga una ecuación de  la recta tangente en el punto de  la curva definida por  las 

ecuaciones paramétricas   12 5 cos ,3

x sen t y y t para el cual t π= = = . 

( ) 5 52 5 cos : tan2cos 2

dydy sen tdtx sin t y y t elipse tdxdx t

dt

−= = = = = −  

( )

1 5 5: 2 3, , 3 . :3 3 2 2

5 5 3 3 2 5 5 3 15 5 3 2 202 2

dysi t x sen y la recta tg esdx

y x y x x y

ππ ⎛ ⎞= ⇒ = = = = − ⇒⎜ ⎟⎝ ⎠

− = − − ⇒ − = − + ⇒ + = 

  24. Obtenga una ecuación de  la recta tangente en el punto de  la curva definida por 

las ecuaciones paramétricas  11 3 2 5cos ,6

x sen t y y t para el cual t π= + = − =  

( ) 5 51 3 ; 2 5 cos tan .3 cos 3

1 1 5 3: 1 3 ; 2 56 2 2 2

35 5 3 35 32 3 29 9 93

2

dydy sentdtx sent y t elipse tdxdx t

dt

Cuando t x y

dy La recta tg es y xdx

π

= + = − ⇒ = = =

⎛ ⎞⎛ ⎞= ⇒ = + = = − ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞= = ⇒ = + −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ 

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25.  calcule 2 3

2 3.dy d y d yydx dx dx

      en  el  punto  de  la  cicloide  que  tiene  ecuaciones 

( ); (1 cos )x a t sent y a t= − = −  para el cual y alcanza su valor máximo cuando x esta en el intervalo cerrado [ ]0,2 aπ   

[ ] [ ]

( ) ( )

( )( ) ( )

2

2 2

22 2

23

33 2

2

2

0, 2 0, 2 ;1 cos

111 cos .

1 cos 1 cos

21 cos 21 cos 1 cos

1: cos 1 0;4

dydy sentdtsi x a t dxdx t

dtdy

d y d ytdtdxdx a t dx a tdt

sentdya td y sentdt

dxdx a t a tdt

dy d yy tiene su máximovalor cuando t tdx dx a

π π

π

∈ ⇒ ∈ = =−

′−= = ⇒ =− −

′′−

= = =− −

= − ⇒ = ⇒ = = −2

; 0.d ydx

=

 26. Demuestre que  la pendiente de  la  recta  tangente a  la cicloide que  tiene ecuaciones 

( ); (1 cos )x a t sent y a t= − = −   

en  1 11cot2

t t es t= .  

( ) ( ) ( )

( )

11

; 1 cos 1 cos ;

1 cos 1 cos 2

.2

dx dyx a t sent y a t a t asentdt dt

dydy asent sent tdt ctgdxdx a t t

dttLa pendientedela recta tg en t t parala cicloidees ctg

= − = − ⇒ = − =

⎛ ⎞= = = = ⎜ ⎟− − ⎝ ⎠

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

 

 27. las ecuaciones paramétricas para la trocoide son  cosx at b sen t y y a b t= − = − , si  0a b> > , demuestre que la trocoide no tiene ninguna recta tangente vertical.   

[ ]; cos , , . cos 1, 0

cos 0 .

x at bsent y a b t porque t si a bdx a b t a b la trocoide no tiene resta tg verticaldt

π π= − = − − ≤ > >

= − ≥ − > ⇒ 

 28. Una hipocicloide es  la curva descrita por un punto P de una circunferencia de  radio b que rueda dentro una circunferencia fija de radio ,a a b>  Si el origen está en el centro 

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de  la circunferencia fija, A(a, 0) es uno de  los puntos en  los que el punto P hace contacto con  la circunferencia fija, B es el punto móvil de   tangencia de  las dos circunferencia, y el parámetro  t  es  el  numero  de  radianes  del  ángulo  AOB,  demuestre  que  las  ecuaciones paramétricas de la hipocicloide son, 

( ) ( )cos cos ;a b a bx a b t b t y a b sen t b sen tb b− −

= − + = − −

 

( )

( ) ( ) ( )

: , : .

, . :

cos cos cos cos

Debido a que la medida de la longitud de AB es igual a la medida de longitud BPa a bse tiene que at b t t t porotraparte OQ a bb b

Dado P x y vemosen la figuraquea bx OS RP x a b t b t x a b t b tb

y SQ QR y a

θ θ θ

θ

−= ⇒ = − = = −

=

−= + ⇒ = − + − ⇒ = − +

= − ⇒ = −( ) ( ) ( ) a bb sent bsen t y a b sent bsen tb

θ −− − ⇒ = − −

 

         29. Trace en la gráfica la hipocicloide del ejercicio 28 si  ( ) [ ] ( ) [ ]6 2 ; , ; 12 2; ,a a y b t b a y b tπ π π π= = ∈ − = = ∈ −  ¿Cuántas cúspides tiene la hipocicloide en cada caso? a) hipocicloide de 3 cúspides 

 b) hipocicloide de 6 cúspides 

 

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30.)  Si  4a b=   en  el  ejercicio  32,  se  tiene  una  hipocicloide  de  cuatro  cúspides.  (a)   Demuestre que las ecuaciones paramétricas de esta curva son  3 3cos .x a t y y a sen t= =  Trace en la gráfica la hipocicloide de cuatro cúspides si  ( ) [ ]4 ,b a para t π π= ∈ −   

( ) ( )( ) ( ) [ ]

3 3 3

3 3 3

4 3cos cos 3 3cos 4cos 3cos 4 cos cos

3 3 3 3 4 4 , ,

Si a b x b t t b t t t b t a t

y b sent sen t b sent sent sen t bsen t a sen t t π π

⎡ ⎤= ⇒ = + = + − = =⎣ ⎦⎡ ⎤= − = − − = = ∈ −⎣ ⎦

 

 31) (a) A partir de las ecuaciones paramétricas del ejercicio 30, obtenga una ecuación cartesiana de la hipocicloide de cuatro cúspides. (b) Utilizando la ecuación del inicio (a) para dibujar la grafica de esta hipocicloide.  

( )

3 3

2 2 2 2 2 22 2 2 23 3 3 3 3 3

2 2 23 3 3

2 2 23 3 3

: cos

cos cos

:

4 4

las ecuaciones son x a t and y asen t

x y a t a sen t a sen t t a

La ecuaciónbuscada es x y a

si a x y

= = ⇒

+ = + = + =

+ =

= ⇒ + =

 

   

DÁMASO ROJAS JUNIO 2011