Superfícies de revolução
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Clique no botão abaixo para iniciar uma pequena animação.

Os quadros desse filme foram feitos no Winplot aplicando-se rotações espaçadas de ângulos © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César em volta do eixo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César à circunferência de centro © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e raio 1. As equações respectivas são mostradas abaixo.

 

Considere os significados dos parâmetros © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. A variação de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César a  © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César gera sucessivamente um arco no plano © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César que se fecha numa circunferência. A variação de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César gera uma “pilha” circular de circunferências em volta do eixo © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Se fizermos © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César variar de maneira contínua, sem saltos, de © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César a © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, a pilha de circunferências dará uma volta completa e se transformará numa superfície em forma de pneu. Essa superfície © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César que é muito apreciada pelos matemáticos © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César é chamada toro.

Podemos afirmar que um toro é a superfície gerada pela rotação de uma circunferência ao redor de uma reta contida no plano da circunferência e que não a intercepta. Pelo fato de ser obtido revolvendo-se uma curva em torno de uma reta, o toro é um exemplo de superfície de revolução. A  geratriz da superfície é a curva em rotação.

A discussão acima nos leva imediatamente à parametrização de superfícies. Como toda superfície de revolução, o toro pode ser descrito matematicamente em termos de equações paramétricas. Pelo que vimos há pouco, à medida que o ponto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César percorre o conjunto © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César, as triplas ordenadas da forma © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César varrem o espaço gerando o toro. Tradicionalmente, esta informação é apresentada escrevendo-se

Estas são as equações paramétricas que definem o toro mostrado nas animações acima. Enquanto as equações paramétricas de curvas possuem apenas um parâmetro, as equações paramétricas de superfícies envolvem sempre dois parâmetros. Mas é crucial ressaltar que, em ambos os casos, as equações paramétricas não são únicas. Uma mesma figura pode ser parametrizada por equações diferentes.

Com o Winplot, é possível gerar gráficos de superfícies dadas por equações paramétricas. Para ver o toro completo no Winplot, clique no item x=f(t,u),... do menu Equa do ambiente 3D e preencha a caixa que se abre (intitulada surface) como segue:

      

Conforme sugerimos acima, você pode aproveitar os dados da caixa curve e copiá-los para a caixa surface. Observe, porém, um detalhe importante: substituímos a letra © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César por © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Isto é absolutamente necessário no Winplot: os parâmetros de uma superfície na caixa surface devem ser sempre © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César e © Matemática Para Gregos & Troianos - Carlos César. Do ponto de vista puramente matemático, a escolha das letras é irrelevante, embora seja mais comum o emprego das letras “u” e “v” como parâmetros de superfícies. (Esta é a convenção adotada no DPGraph.)

Com as facilidades de animação existentes em softwares como o Winplot e o DPGraph, você pode experimentar em tempo real o efeito de cada parâmetro sobre o gráfico de uma superfície. O fantástico grau de entendimento que se atinge desta maneira dificilmente pode ser alcançado pela mera observação de figuras em livros.


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© Carlos César de Araújo - Sexta-feira, 5 de Abril de 2002