Ii
CAL1 • Aplicaciones_derivada
CALC_DER_330
Granville - Cálculo Diferencial e Integral
Enunciado
Paso 1:
Si el ángulo de elevación del sol es $45^\circ$ y está disminuyendo a razón de $\frac{1}{4}$ rad/h, ¿con qué rapidez está aumentando la longitud de la sombra proyectada sobre el suelo por un poste de 50 pies de altura?
Si el ángulo de elevación del sol es $45^\circ$ y está disminuyendo a razón de $\frac{1}{4}$ rad/h, ¿con qué rapidez está aumentando la longitud de la sombra proyectada sobre el suelo por un poste de 50 pies de altura?
Solución Paso a Paso
1. Datos e Identificación de Variables:
2. Relación Geométrica:
En un triángulo rectángulo formado por el poste y su sombra:
$$ \tan \theta = \frac{h}{s} \implies s = h \cot \theta $$
3. Derivación respecto al tiempo ($t$):
$$ \frac{ds}{dt} = h \cdot (-\csc^2 \theta) \cdot \frac{d\theta}{dt} $$
4. Sustitución de valores:
Para $\theta = \frac{\pi}{4}$:
$$ \csc \left(\frac{\pi}{4}\right) = \sqrt{2} \implies \csc^2 \left(\frac{\pi}{4}\right) = 2 $$
Sustituyendo en la fórmula:
$$ \begin{aligned} \frac{ds}{dt} &= 50 \cdot (-2) \cdot \left(-\frac{1}{4}\right) \\ \frac{ds}{dt} &= \frac{100}{4} = 25 \end{aligned} $$
5. Conclusión: La sombra se está alargando a una velocidad de 25 pies/h.
$$ \boxed{25 \text{ ft/h}} $$
- Altura del poste (constante): $h = 50$ pies.
- Ángulo de elevación: $\theta = 45^\circ = \frac{\pi}{4}$ rad.
- Razón de cambio del ángulo: $\frac{d\theta}{dt} = -\frac{1}{4}$ rad/h (negativo porque disminuye).
- Sombra: $s$.
- Incógnita: $\frac{ds}{dt}$.
2. Relación Geométrica:
En un triángulo rectángulo formado por el poste y su sombra:
$$ \tan \theta = \frac{h}{s} \implies s = h \cot \theta $$
3. Derivación respecto al tiempo ($t$):
$$ \frac{ds}{dt} = h \cdot (-\csc^2 \theta) \cdot \frac{d\theta}{dt} $$
4. Sustitución de valores:
Para $\theta = \frac{\pi}{4}$:
$$ \csc \left(\frac{\pi}{4}\right) = \sqrt{2} \implies \csc^2 \left(\frac{\pi}{4}\right) = 2 $$
Sustituyendo en la fórmula:
$$ \begin{aligned} \frac{ds}{dt} &= 50 \cdot (-2) \cdot \left(-\frac{1}{4}\right) \\ \frac{ds}{dt} &= \frac{100}{4} = 25 \end{aligned} $$
5. Conclusión: La sombra se está alargando a una velocidad de 25 pies/h.
$$ \boxed{25 \text{ ft/h}} $$