Um Curso de Cálculo, Volume 1

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 66 de 111

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Um Curso de Cálculo, Volume 1

13.5 Comprimento de Gráfico de Função

Seja y = f(x) com derivada contínua em [a, b] e seja P : a = x < x < x < … 0 1 2 < x = b uma partição de [a, b]. Indicando por L (P) o comprimento da n

poligonal de vértices P = (x , f(x )), i = 1, 2, … n, temos i i i

 

em que é o comprimento do lado de

vértices P e P . Pelo teorema do valor médio, para cada i, i = 1, 2, … n, i − 1 i

existe c , x < c < x , tal que i i − 1 i i

f(x ) − f(x ) = f′(c ) Δx , em que Δx = x − x . i i − 1 i i i i i − 1

Segue que

 

Daí, para máx Δx tendendo a zero, L(P) tenderá para . Nada i

mais natural, então, do que definir o comprimento do gráfico de f, ou da curva y = f(x), por

Nosso objetivo a seguir é interpretar geometricamente a diferencial

 

dx. Seja, então, s = s (x), x ∈ [a, b], o comprimento do trecho do

gráfico de extremidades (a, f(a)) e (x, f(x)). Sejam Δs e Δy as variações em s e y correspondentes à variação dx em x, com dx > 0. Para dx suficientemente pequeno, Δy ≈ dy e

Δ 2 2 2 s ≈ d x + Δ y, ou seja,

 

Exemplo

Calcule o comprimento da curva y = , 0 ≤ x ≤ 1.

Solução

De , segue que o comprimento é: . Fazendo a

mudança de variável x = tg u, vem

 

De (verifique), resulta

 

Exercícios 13.5

 

1. Calcule o comprimento do gráfico da função dada.

a)

b)

c) y = ln x, 1 ≤ x ≤ e

d)

e)

f x ) y = e , 0 ≤ x ≤ 1