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v1 · padrão canônico

Lição 35 — Coordenadas Cilíndricas e Esféricas

Integrais triplas em coordenadas cilíndricas e esféricas: jacobiano, regiões naturais, cones, esferas, paraboloides e aplicações em engenharia.

Used in: Cálculo 2 — Unidade 4 · USP MAT0112 · ITA MA-012

Cil.: dV=rdrdθdz;Esf.: dV=ρ2sinϕdρdϕdθ\text{Cil.: }dV = r\,dr\,d\theta\,dz;\quad\text{Esf.: }dV = \rho^2\sin\phi\,d\rho\,d\phi\,d\theta

Cilíndricas: x=rcosθ,  y=rsinθ,  z=zx=r\cos\theta,\;y=r\sin\theta,\;z=z. Esféricas: x=ρsinϕcosθ,  y=ρsinϕsinθ,  z=ρcosϕx=\rho\sin\phi\cos\theta,\;y=\rho\sin\phi\sin\theta,\;z=\rho\cos\phi. Os jacobianos são rr e ρ2sinϕ\rho^2\sin\phi.

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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Transformações e jacobianos

Coordenadas cilíndricas

x=rcosθ,y=rsinθ,z=zx = r\cos\theta,\quad y = r\sin\theta,\quad z = z r2=x2+y2,θ=arctan(y/x)r^2 = x^2+y^2,\quad \theta = \arctan(y/x)

Jacobiano: J=r|J| = r. Portanto dV=rdrdθdzdV = r\,dr\,d\theta\,dz.

Coordenadas esféricas

x=ρsinϕcosθ,y=ρsinϕsinθ,z=ρcosϕx = \rho\sin\phi\cos\theta,\quad y = \rho\sin\phi\sin\theta,\quad z = \rho\cos\phi ρ=x2+y2+z2,ϕ=arccos(z/ρ),θ=arctan(y/x)\rho = \sqrt{x^2+y^2+z^2},\quad \phi = \arccos(z/\rho),\quad \theta = \arctan(y/x)

com ρ0\rho\geq 0, 0ϕπ0\leq\phi\leq\pi, 0θ2π0\leq\theta\leq 2\pi.

Jacobiano: J=ρ2sinϕ|J| = \rho^2\sin\phi. Portanto dV=ρ2sinϕdρdϕdθdV = \rho^2\sin\phi\,d\rho\,d\phi\,d\theta.

Fórmulas de integral

Bola ρa\rho\leq a: V=02π ⁣0π ⁣0aρ2sinϕdρdϕdθ=4πa33V = \int_0^{2\pi}\!\int_0^\pi\!\int_0^a \rho^2\sin\phi\,d\rho\,d\phi\,d\theta = \frac{4\pi a^3}{3}.

Cilindro rar\leq a, 0zh0\leq z\leq h: V=02π ⁣0a ⁣0hrdzdrdθ=πa2hV = \int_0^{2\pi}\!\int_0^a\!\int_0^h r\,dz\,dr\,d\theta = \pi a^2 h.

Cone z=rz = r, 0zh0\leq z\leq h (em cilíndricas): integre com 0rh0\leq r\leq h, rzhr\leq z\leq h.

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Coordenadas cilíndricas

Bloco B — Coordenadas esféricas

Bloco C — Nível ITA/USP

To continue

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §15.8–15.9 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 3, §2.6–2.7 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 2, §11.9–11.14 — Wiley, 2ª ed.
  • OpenStaxCalculus Volume 3, §5.5 — openstax.org
  • Marsden, J. & Tromba, A.Vector Calculus, §5.3–5.4 — Freeman, 6ª ed.

Updated on 2026-05-28 · Author(s): Clube da Matemática

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