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Lição 37 — Campos Vetoriais e Integrais de Linha

Campos vetoriais, integrais de linha de funções escalares e vetoriais, trabalho, teorema fundamental das integrais de linha e campos conservativos.

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

CFdr=abF(r(t))r(t)dt;Cfdr=f(r(b))f(r(a))\int_C \mathbf{F}\cdot d\mathbf{r} = \int_a^b \mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\mathbf{r}'(t)\,dt;\quad \int_C\nabla f\cdot d\mathbf{r} = f(\mathbf{r}(b))-f(\mathbf{r}(a))

Trabalho do campo F\mathbf{F} ao longo de CC. Se F=f\mathbf{F} = \nabla f (campo conservativo), o trabalho depende apenas dos extremos — Teorema Fundamental.

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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Campos vetoriais e integrais de linha

Campos vetoriais

F:DRnRn\mathbf{F}: D\subset\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^n, F(x,y)=P(x,y)i^+Q(x,y)j^\mathbf{F}(x,y) = P(x,y)\hat{i}+Q(x,y)\hat{j} (2D), F(x,y,z)=Pi^+Qj^+Rk^\mathbf{F}(x,y,z) = P\hat{i}+Q\hat{j}+R\hat{k} (3D).

Gradiente: f=(fx,fy,fz)\nabla f = \left(\frac{\partial f}{\partial x},\frac{\partial f}{\partial y},\frac{\partial f}{\partial z}\right) — campo vetorial derivado de um potencial ff.

Integral de linha escalar

Cfds=abf(r(t))r(t)dt\int_C f\,ds = \int_a^b f(\mathbf{r}(t))|\mathbf{r}'(t)|\,dt — integra sobre o comprimento de arco.

Integral de linha vetorial (trabalho)

Para CC parametrizada por r(t)\mathbf{r}(t), t[a,b]t\in[a,b]: CFdr=abF(r(t))r(t)dt=CPdx+Qdy+Rdz\int_C \mathbf{F}\cdot d\mathbf{r} = \int_a^b\mathbf{F}(\mathbf{r}(t))\cdot\mathbf{r}'(t)\,dt = \int_C P\,dx + Q\,dy + R\,dz

Campos conservativos e potencial

F\mathbf{F} é conservativo se F=f\mathbf{F} = \nabla f para algum ff (função potencial).

Critério (2D): Py=Qx\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x} em domínio simplesmente conexo.

Critério (3D): ×F=0\nabla\times\mathbf{F} = \mathbf{0} (rotacional nulo).

Teorema Fundamental das Integrais de Linha

Cfdr=f(r(b))f(r(a))\int_C\nabla f\cdot d\mathbf{r} = f(\mathbf{r}(b)) - f(\mathbf{r}(a))

Consequência: para campo conservativo, CFdr=0\oint_C\mathbf{F}\cdot d\mathbf{r} = 0 (qualquer curva fechada).

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Integrais de linha

Bloco B — Campos conservativos

Bloco C — Nível ITA/USP

To continue

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §16.1–16.3 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 3, §4.1–4.4 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 2, §12.1–12.4 — Wiley, 2ª ed.
  • OpenStaxCalculus Volume 3, §6.1–6.3 — openstax.org
  • Marsden, J. & Tromba, A.Vector Calculus, §7.1–7.3 — Freeman, 6ª ed.

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

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