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NB. In questa sezione, in generale, la curva parametrica indicata
con si
intende parametrizzata secondo la lunghezza.
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G1 - Trovare una curva parametrica
la cui traccia è la circonferenza
tale che
"corre" in senso orario lungo la circonferenza con
.
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G2 - Sia
una curva parametrica che non passa per l'origine. Se
è il punto della traccia di più
vicino all'origine e , mostrare che
è perpendicolare a .
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G3 - Una curva parametrica
ha la proprietà per cui
per ogni valore del parametro. Cosa si può affermare su
?
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G4 - Sia
una curva parametrica con
dove è
un intervallo aperto. Sia
un vettore fisso e sia
per ogni . Sia
anche .
Provare che per
ogni .
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G5 - Sia
una curva parametrica con
. Sia per
ogni . Mostrare
che è
una costante positiva se e solo se
per ogni .
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G6 - Mostrare che la retta
tangente alla curva parametrica regolare
forma un angolo costante con la retta
.
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G7 - Un disco circolare di
raggio
sul piano ruota
senza scivolare lungo l'asse
. La figura descritta da un punto della circonferenza del disco è chiamata
cicloide.
a) Ottenere una curva parametrica
la cui traccia è la cicloide e determinare i suoi punti singolari.
b) Calcolare
la lunghezza della cicloide corrispondente ad una completa rotazione del disco.
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G8 - Si consideri il
seguente grafico :
La curva
descritta dal punto
al muoversi della semiretta
si chiama cissoide di Diocle.
a) Trovare una sua parametrizzazione con
.
b) Provare che il punto
(l'origine) è un punto singolare della cissoide.
c) Provare che la retta
è un asintoto della cissoide.
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G9 - Si consideri il
seguente grafico :
La curva
, per cui il segmento
ad essa tangente in un suo punto generico
vale , si chiama
trattrice. Ricavare una parametrizzazione di
con .
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G10 - Studiare la
curva
con ,
. Tale curva, completata considerando la simmetria rispetto alla retta
, si chiama folium di Cartesio.
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G11 - Sia la curva
parametrica
con .
a)
Mostrare che per
la curva si avvicina all'origine
"spiraleggiando" attorno ad essa (per questo motivo la curva viene
chiamata spirale logaritmica).
b) Mostrare che per
si ha e
che la curva ha una lunghezza finita in
.
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G12 - Sia la curva
parametrica
con ,
, . Tale curva è
detta elica.
a) Mostrare che il parametro
è la lunghezza della curva.
b) Determinare la curvatura e la torsione di
.
c) Determinare il piano osculatore di
.
d) Mostrare che le rette che contengono
(il vettore normale) e passano per
incontrano l'asse
sotto un angolo costante pari a
.
e) Mostrare che le rette tangenti ad
formano con l'asse
un angolo costante.
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G13 - Mostrare che la
torsione
di una curva
(parametrizzata secondo la lunghezza) è data da
.
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G14 - Una curva
gode della
proprietà che tutte le rette normali ad essa passano per un punto fisso.
Dimostrare che tale curva è un arco di circonferenza.
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G15 - Una curva
gode della proprietà che tutte le rette tangenti ad essa passano per un punto
fisso. Dimostrare che tale curva è un segmento di retta.
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G16 - La curva
con è detta
catenaria. Calcolare la sua curvatura.
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G17 - Sia
una curva parametrica regolare (non necessariamente parametrizzata secondo la
lunghezza) dove
è un intervallo aperto di
. Sia una
riparametrizzazione di
secondo la lunghezza
misurata da (
è un intervallo aperto di
). Sia la
funzione inversa di
e sia ,
, ecc. .
a) Provare che
, .
b) Dimostrare che la curvatura di
in
è
.
c) Dimostrare che la torsione di
in
è .
d) Dimostrare che la curvatura di
in , se
(curva piana
), è .
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G18 - Spesso una curva
piana è data in coordinate polari come
con . Mostrare
che :
a) la lunghezza dell'arco è
(dove il punto denota la derivata prima rispetto a
)
b) la curvatura è
.
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G19 - Sia
una curva regolare parametrizzata secondo la lunghezza (
è un intervallo aperto di )
. Sia
priva di punti singolari di ordine 1 , ovvero sia
. Determinare la rappresentazione canonica locale di
nell'intorno di
, ovvero ricavare una parametrizzazione di
rispetto al triedro di Frenet in
.
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G20 - Sia
una curva regolare parametrizzata secondo la lunghezza (
è un intervallo aperto di )
con curvatura .
Mostrare che :
a) il piano osculatore in
è la posizione limite del piano passante per
quando
b) la posizione limite del cerchio passante attraverso
quando
è un cerchio contenuto nel piano osculatore in
, il centro del quale è sulla retta che contiene
ed il raggio del quale è il raggio di curvatura
; questo cerchio è detto cerchio osculatore.
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G21 - Mostrare che la curvatura
della curva parametrica regolare
è la curvatura in
della curva piana
, dove è
la proiezione ortogonale di
sul piano osculatore in
.
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