Problema 2

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Quesito 1

La curva descritta dalle equazioni parametriche date è una delle note figure di Lissajou prodotte dalla composizione di due moti armonici.

Da Eqn10.gif si ottiene

Eqn11.gif e, se cos t non è nullo, Eqn12.gif.

Dove x e y sono concordi in segno, cioè nel primo e terzo quadrante, si ha Eqn13.gif;

dove sono discordi, cioè nel secondo e quarto quadrante, si ha Eqn14.gif

Se cos t è nullo, è nullo pure sen 2t; in questo caso le funzioni parametriche individuano l'origine O del piano cartesiano e le due espressioni della y(x) sono continue in tutto il dominio Eqn15.gif.


Quesito 2

La y1 e la y2 sono entrambe dispari e quindi le curve da esse descritte sono simmetriche rispetto all'origine; inoltre la y2 e l'opposta della y1, quindi il suo diagramma è simmetrico di quello della y1 rispetto all'asse delle ordinate. Tutto il grafico di γ può essere quindi dedotto dal suo ramo situato nel primo quadrante. Basta quindi studiare l'andamento della y1 per x compreso tra 0 e 1.

In tale intervallo la y1 è non negativa e si annulla nei punti di ascissa 0 e 1.

La sua derivata prima è Eqn20.gif e non esiste per x=1. Nel punto Eqn21.gif la curva ha tangente verticale.

La derivata prima è positiva in Eqn22.gif e negativa in Eqn23.gif, quindi la funzione cresce nel primo intervallo, decresce nel secondo e ha un massimo assoluto nel punto Eqn24.gif.

La derivata seconda è Eqn25.gif

Il denominatore di questa derivata, nei punti interni dell'intervallo considerato, è positivo. Per questi punti il segno della derivata seconda coincide con quello del numeratore che è negativo. Per x=0, la derivata seconda si annulla. Tenendo conto della simmetria, si deduce che la curva di equazione y1 ha un flesso nell'origine, concavità negativa nel primo quadrante e positiva nel terzo. La tangente a γ nell'origine è y=2x.

graf1.gif

Unendo il grafico di y1 con quello simmetrico di y2, il tracciato completo della curva γ risulta

graf2.gif


Quesito 3

L'area circoscritta da γ è quadrupla di quella delimitata dall'arco di γ nel primo quadrante e dall'asse delle ascisse. Dunque:

Eqn26.gif

Il calcolo dell'integrale è facilitato dalla sostituzione di variabile Eqn27.gif da cui

Eqn28.gif

L'area richiesta misura Eqn29.gif


Quesito 4

Il volume indicato è doppio di quello generato dalla rotazione dall'arco di γ nel primo quadrante:

Eqn40.gif


Quesito 5

La coordinata polare ρ in funzione delle coordinate cartesiane x e y è Eqn50.gif. Dunque

Eqn51.gif


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