Integral a lo largo de una curva

Sea C una curva, parametrizada por γ(t) en el intervalo [a,b], y una función f definida en este interval, entonces:

Si f es un campo escalar (es decir, si f(x,y,z) pertenece a los números reales). Entonces: CfdL=abf(γ(t)) ||γ(t)||dt

Es decir, la integral de f a lo largo de la curva C es la integral entre a y b de la función compuesta con la parametrización, multiplicada por la norma de la derivada de la parametrización.

Procedimiento

  1. Tomar la parametrización de la superficie C, calcular la derivada de ésta, y la norma de la derivada.
  2. Sustituir x, y y z por x(t), y(t) y z(t) en la función f, de acuerdo con la parametrización dada.
  3. Calcular la integral resultante.

Ejemplo

Calcular la integral de la función f(x,y,z)=z a lo largo de la curva γ(t)=(tcost,tsint,t) , que es una parametrización de una espiral con una forma parecida a un "tornado".

  1. γ(t)=(costtsint,sint+cost,1), ||γ(t)||=(costtsint)2+(sint+tcost)2+12=2+t2

  2. f(γ(t))=t

  3. 02πf(γ(t))||γ(t)|| dt=02πt2+t2 dt=13[(2+t2)32]02π

Si F es un campo vectorial F(x,y,z)=(F1(x,y,z),F2(x,y,z),F3(x,y,z)). Entonces, CFdL=abF(γ(t))γ(t) dt

es decir, la integral de f a lo largo de la curva C es la integral entre a y b de la función compuesta con la parametrización, haciendo el producto escalar con la derivada de la parametrización.

Procedimiento

  1. Tomar la parametrización de la superficie C y calcular la derivada de ésta.
  2. Sustituir x, y y z por x(t), y(t) y z(t) en la función f, de acuerdo con la parametrización dada.
  3. Calcular el producto escalar de los resultados de los pasos 1 y 2.
  4. Calcular la integral resultante.

Ejemplo

Calcular la integral de F(x,y,z)=(x2,3xy+z,y) a lo largo de la curva parametrizada por γ(t)=(cost,sint,2), t[0,2π]

1) γ(t)=(sint,cost,0)

2) F(γ(t))=(cos2t,3sintcost+2,sint)

3) F(γ(t))γ(t)=(cos2t,3sintcost+2,sint)(sint,cost,0)=

=sintcos2t3sintcos2t=2cost2cos2tsint

4) 02π2cost2cos2tsint dt=[23cos3t+2sint]02π=23+0(23)0=43