Nave Espacial
1. Planteamos el problema: La nave espacial sigue la trayectoria \( \vec{r}(t) = (\cos t, \sin t, t) \) con \( t \geq 0 \). Se pide:
a) Calcular la velocidad de la nave al llegar al punto \( P = (0, 1, \pi) \).
b) Calcular la distancia recorrida por la nave para alcanzar el punto \( P \).
2. Para encontrar el tiempo \( t \) en que la nave está en \( P \), igualamos las componentes:
\[ \cos t = 0, \quad \sin t = 1, \quad t = \pi \]
La condición \( \cos t = 0 \) y \( \sin t = 1 \) ocurre en \( t = \frac{\pi}{2} \), pero la componente \( z = t \) debe ser \( \pi \), entonces \( t = \pi \) es el tiempo correcto para el punto \( P \).
3. a) La velocidad es la derivada de \( \vec{r}(t) \):
\[ \vec{v}(t) = \frac{d}{dt} (\cos t, \sin t, t) = (-\sin t, \cos t, 1) \]
Evaluamos en \( t = \pi \):
\[ \vec{v}(\pi) = (-\sin \pi, \cos \pi, 1) = (0, -1, 1) \]
La velocidad en \( P \) es \( \vec{v}(\pi) = (0, -1, 1) \).
4. b) La distancia recorrida es la longitud del arco desde \( t=0 \) hasta \( t=\pi \):
\[ s = \int_0^{\pi} \| \vec{v}(t) \| dt = \int_0^{\pi} \sqrt{(-\sin t)^2 + (\cos t)^2 + 1^2} dt = \int_0^{\pi} \sqrt{\sin^2 t + \cos^2 t + 1} dt \]
\[ = \int_0^{\pi} \sqrt{1 + 1} dt = \int_0^{\pi} \sqrt{2} dt = \sqrt{2} \pi \]
5. Resumen:
a) Velocidad en \( P \): \( \vec{v}(\pi) = (0, -1, 1) \)
b) Distancia recorrida hasta \( P \): \( s = \sqrt{2} \pi \)