Ii CAL1 • Aplicaciones_derivada

CALC_DER_330

Granville - Cálculo Diferencial e Integral

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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?

Solución Paso a Paso

1. Datos e Identificación de Variables:

  • 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.

$$ \boxed{25 \text{ ft/h}} $$

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