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El teorema de Green. Ejemplo 1

Usar el teorema de Green para resolver una integral de línea de un campo vectorial. Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

tema de green para resolver algunos problemas de integrales de líneas pero antes de meternos con eso quiero hacer una precisión con respecto al teorema de grimm en todos los ejemplos que hice tener una región así y lo que quiero que observes es que la región siempre quedaba a la izquierda de la trayectoria cuando la recorrimos en sentido antihorario porque pues siempre que recurrimos en sentido antihorario algo por ejemplo puedes imaginarte una pista para correr el centro de la región siempre nos va a quedar a la izquierda bueno justo necesitamos esta situación para aplicar el teorema de greene así si tomamos una integral de línea digamos un integral de líneas sobre esta trayectoria a veces esta es la anotación para poner el sentido antihorario bueno si tomamos esta trayectoria de f punto de r esto de aquí es lo que es igual a la integral doble en la región r de qué cosa de la parcial de q con respecto a x menos la parcial de p con respecto ayer y aquí le ponemos de a nada más para acordarnos estas pq vienen de las componentes del campo vectorial f efe es algo del estilo fx y es igual a p de xy x el vector y más q de x jay x el vector j va entonces esta es la situación en la cual el interior de la región queda a la izquierda de la dirección de la trayectoria podremos arreglarlo para cuando queda a la derecha si simplemente hay que poner un menos aquí porque pues bueno si la flecha va para el sentido contrario entonces estamos recorriendo la trayectoria en dirección opuesta y por tanto su integral de línea simplemente cambia de signo entonces en realidad no es un gran problema simplemente hay que estar muy atentos a eso vale bueno aprovechando que ya tenemos el teorema de greene aquí escrito vamos a pasar ahora sí a un ejemplo supongamos que nos piden la integral de línea de la trayectoria se ahorita te digo quienes se de la siguiente expresión x cuadrada menos cuadrada de equis [Música] 2x si de ella nuestra curva la vamos a definir como la frontera de una región a ver lo voy a escribir por acá voy a ponerle la hipótesis de este estilo le voy a poner a ver dice la curva es la frontera de la región r y ahorita te digo cómo está dada la región r está dada por los puntos xy tales que cumplan lo siguiente que 0 es menor o igual que x que es menor o igual a 1 y si es mayor o igual que 2x cuadrada y es menor o igual que 2x vamos a hacer un dibujo para que nos quede muy claro esto a ver voy a poner por acá los ejes este de aquí un poco más para campo con más derechito este de aquí es el eje y luego voy a dibujar aquí abajo perpendicularmente el eje x y entonces x se mueve de 0 a 1 a ver voy a marcar aquí 0 aquí voy a marcar el 1 entonces voy a poner esta línea vertical y en donde se mueve bueno se mueve entre 2 x cuadrada y 2 x usualmente x cuadrado más grande que x pero en el intervalo 0 1 x cuadrado es más pequeño que x entonces el límite superior va a ser 2 x a ver si por aquí está el 2 tenemos la línea ya igual a 2 x por aquí voy a ponerle un poco más derechista sube sube sube y toca aquí el punto 1 2 y donde queda la otra curva a ver la otra es 2 x cuadrada esta que la voy a pintar con rosa mexicano pasa por abajo de la recta que es igual a igual a 2x cuadrada y las regiones esta de aquí esta que estoy sombreando estas hipótesis que tenemos ah me falta una hipótesis hay que poner que va en sentido antihorario va esto va a ser para que podamos usar el teorema de green directamente entonces vamos a recorrer la curva en este sentido de aquí nos vamos para acá de regreso y entonces como te decía esta hipótesis es para que podamos usar el teorema de green directamente pues el interior ya nos queda a la izquierda es decir no tenemos que pensar en signos menos mirada del estilo ahora sí pasemos a la integral doble la integral doble que nos da el teorema de greene va a ser la integral y aquí hay que poner donde se mueve y entonces en donde se mueve pues a ver aquí más derechito y igual a 2x cuadrada es el límite inferior y el límites superiores ye igual a 2x van ok entonces estamos integrando con respecto a ayer y luego tenemos que poner la integral de afuera la integral de x nos queda la integral los límites están más fáciles es 0 1 y aquí le pongo d que va aquí adentro pues lo que va aquí adentro es lo que nos dice el teorema de green ciertas parciales entonces esta expresión ésta es la f va entonces tenemos fx y es igual a que consta pues a x cuadrada menos cuadrada por y más 2x y por jota ya lo habíamos visto en otros vídeos verdad cuando tomamos el producto punto con de r justo obtenemos el integrando de acá entonces esté integrando es nuestro p de xy y el otro sumando este sumando de acá es el q de xy listo ya con todo planteado ya podemos pasar a las cuentitas está bueno hacerlas para que ahora sí nos quede un número entonces la parcial de q con respecto a x es lo primero que tenemos que hacer la parcial de 12 15 con respecto a x es simplemente 2 y ahora de ahí tenemos que restar la parcial de p este de aquí es p con respecto a y la parcial de x cuadrado con respecto al cero y luego hay que restar la derivada de ye cuadrada con respecto a y entonces nos queda menos 2 entonces lo pongo por aquí nos queda menos 2 ahora vamos a simplificar esta expresión de aquí tenemos dos menos menos dos entonces nos queda dos más dos estamos restando un negativo entonces nos queda positivo vamos a ahorrar un poco de espacio déjame borrar esta expresión de aquí para poner el 4 i ok y entonces aquí podemos poner 4 y otra vez nos vamos aquí arriba la parcial de aquí esto luego hay que restar la parcial de x cuadrado menos de cuadrada que es menos 2 entonces dos gemelos menos dos llenos queda cuatro y va ya tenemos que hacer la integral aquí directamente cuál es la anti derivada de cuatro ya cuadrada pues es 2 ya cuadrada vamos a hacerlo aquí abajo para tener un poco más de espacio nos queda 2 y cuadrada ok si derivamos 2 de cuadradas nos queda 4 y esto lo tenemos que evaluar de pues a ver aquí abajo le tengo que poner 2 x cuadrada y aquí arriba ya iguala 2x y por supuesto todavía queda la integral de afuera la integral de 0 a 1 de esta expresión de x muy bien aquí nos queda igual a la integral de 0 a 1 aquí tenemos que evaluar en ambos valores de y si ponemos ya igual a 2 x nos queda haber 2 x al cuadrado en es 4x cuadrada y luego tenemos que multiplicar por otro 2 entonces 34 x cuadrada x 28 x cuadrada y luego tenemos que restar este aquí entonces 2 x cuadrada elevado al cuadrado es 4 x a la cuarta más 4x a la cuarta x 2 es 8 x a la cuarta menos 8 x a la cuarta no no no me equivocado verdad 2 x al cuadrado al cuadrado 4 x a la cuarta x 2 nos queda 8 x a la cuarta todo va muy bien y ahora esto de aquí tenemos que ponerle un de equis y nos queda una integral de las bien bien sencillas de las de cálculo 1 verdad entonces esto de aquí es igual a la anti derivada de 8x cuadradas 8 tercios de x al cubo 8 tercios de x al cubo y luego la anti derivada de este de aquí es 8 quintos de x a la quinta ocho quintos de quizá la quinta va y evaluamos de 0 a 1 entonces vamos a pasarnos a la línea de aquí abajo para evaluar esta integral nos queda ocho quintos de nada más ocho quintos verdad menos ocho quintos y luego tenemos que restar estoy aquí evaluado en 0 esto de aquí nos va a quedar muchos ceros pero anoche en espérame tantito aquí me equivoqué es ocho tercios verdad ocho tercios por sí porque estamos evaluando en uno menos ocho quintos por uno a la quinta que es ocho quintos y ahora sí vamos a hacer la resta de fracciones porque nos queda menos cero y menos cero y entonces ya no vamos a poner tantos ceros entonces vamos a restar estas dos fracciones el denominador común es 15 3 por 5 que es 15 83 lo podemos cambiar multiplicando el numerador y el denominador por 5 entonces nos queda aquí 40 15 a vos y aquí hay que multiplicar por 3 arriba y abajo entonces arriba nos queda 24 - 24 va ya nada más hacemos la resta 40 menos 24 es 16 y abajo nos queda 15 años excelente con esto terminamos de usar el teorema de greene así pudimos encontrar que la integral de línea de este problema de aquí es 16 15 años en el próximo vídeo veremos un ejemplo más hasta la próxima