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Teoría de superficies: forma paramétrica

Hasta el momento hemos estudiado superficies en su forma cartesiana, esto es z = j (x, y), o en su forma cartesiana implícita, esto es F( x, y, z) = 0. Sin embargo, es frecuente representar a una superficie en su forma paramétrica. Se necesitan dos parámetros para describir los puntos cartesianos y en consecuencia tener la descripción de la superficie, esto es

x = x( u, v ) ;  y = y(u, v )  ; z = z( u, v)           (1)

donde u y v son dos parámetros (variables) independientes y están definidos en algún dominio de R2.
El ejemplo más trivial resulta de la representación paramétrica de una porción de esfera (o de la esfera completa). Figura 1
En este caso se tiene

x = a sen f cos qy = a sen f sen q  ; z = a cos f 

De la forma paramétrica general dada en (1), a veces resulta sencillo eliminar los parámetros u y v, y llegar a la forma F( x, y, z) = 0
En cualquier caso, obtenida la forma paramétrica (1), podemos definir el vector posición que determina cualquier punto de la superficie. Este vector posición está dado por

r( u, v ) = x( u, v ) i + y(u, v ) j + z( u, v) k

Mediante este vector posición podemos determinar el valor del área de una superficie elemental infinitesimal.

Figura 1

Supongamos que tenemos un elemento de superficie dS, como lo indica la Figura 2. Si ampliamos este elemento de superficie elemental, obtendremos lo que indica la Figura 3.
Tenemos que el área de la superficie infinitesimal (que es esencialmente coplanar) vale

          (2)

 

Figura 2

Vamos a determinar los puntos A, B y C en función del vector posición r.
Es claro que el punto A está determinado por el vector posición r( u, v ). El punto B está determinado por el vector posición r( u + du, v ), y el punto C está determinado por el vector r( u, v + dv ).
Entonces tenemos que

Y de esta forma reemplazando de (2), nos queda que

Figura 3

Y de esta forma obtenemos el área infinitesimal dS. Y ahora estamos en condiciones de definir integrales de campos sobre el dominio de una superficie.

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