Calcule la curvatura de la espiral logaritmica p.p.a utilizando el metodo de determinantes :$$\beta(s) = \left( \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) , \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right)$$
Hola esto esta bien creo que me enrede :
La curva está dada por:
\[
\beta(s) = \left( \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) , \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right)
\]
Derivadas primeras
Definimos las componentes de la curva como:
\[
x(s) = \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
\[
y(s) = \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Derivamos \(x(s)\) y \(y(s)\) respecto de \(s\).
Derivada de \(x(s)\):
Usamos la regla del producto para derivar:
\[
\frac{dx}{ds} = \frac{d}{ds} \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \frac{d}{ds} \left[ \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right]
\]
Primero derivamos el primer término:
\[
\frac{d}{ds} \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) = \frac{1}{\sqrt{2}}
\]
Por lo tanto, el primer término de la derivada es:
\[
\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Ahora derivamos el segundo término. Usamos la regla de la cadena:
\[
\frac{d}{ds} \left[ \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right] = -\sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}}
\]
Así que el segundo término es:
\[
\left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \left( -\sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \right) = -\frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Sumamos ambos términos:
\[
\frac{dx}{ds} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Derivada de \(y(s)\):
Aplicamos nuevamente la regla del producto:
\[
\frac{dy}{ds} = \frac{d}{ds} \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \frac{d}{ds} \left[ \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right]
\]
El primer término es:
\[
\frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
El segundo término es:
\[
\left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \cdot \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Sumamos ambos términos:
\[
\frac{dy}{ds} = \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)
\]
Derivadas segundas
Ahora derivamos \(\frac{dx}{ds}\) y \(\frac{dy}{ds}\) para obtener las derivadas segundas.
Derivada segunda de \(x(s)\):
Derivamos:
\[
\frac{d^2x}{ds^2} = \frac{d}{ds} \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right)
\]
El primer término es:
\[
-\frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}}
\]
El segundo término es:
\[
-\frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}}
\]
Simplificando, tenemos:
\[
\frac{d^2x}{ds^2} = -\frac{1}{2} \left( \frac{\sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \right)
\]
Continuamos con las derivadas segundas de \(x(s)\) y \(y(s)\).
Derivada segunda de \(y(s)\) (continuación):
\[
\frac{d^2y}{ds^2} = \frac{1}{2} \left( \frac{\cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \right)
\]
Cálculo del determinante
La fórmula de la curvatura de una curva plana parametrizada por \(s\) es:
\[
\kappa(s) = \frac{|x'(s) y''(s) - y'(s) x''(s)|}{\left( x'(s)^2 + y'(s)^2 \right)^{3/2}}
\]
donde \(x'(s)\) y \(y'(s)\) son las derivadas primeras, y \(x''(s)\) y \(y''(s)\) son las derivadas segundas.
Cálculo del numerador
Primero calculamos el determinante:
\[
D = x'(s) y''(s) - y'(s) x''(s)
\]
Con los valores de \(x'(s)\), \(y'(s)\), \(x''(s)\), y \(y''(s)\) obtenidos previamente:
\[
D = \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right) \cdot \frac{1}{2} \left( \frac{\cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \right)
\]
\[
- \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right) \cdot -\frac{1}{2} \left( \frac{\sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right)}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}} \right)
\]
Al simplificar los términos, obtenemos:
\[
D = \frac{1}{2} \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}}
\]
Cálculo del denominador
El denominador es:
\[
\left( x'(s)^2 + y'(s)^2 \right)^{3/2}
\]
Ya calculamos \(x'(s)\) y \(y'(s)\), así que sumamos los cuadrados de sus valores:
\[
x'(s)^2 + y'(s)^2 = \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) - \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right)^2 + \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \sin \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) + \frac{1}{\sqrt{2}} \cos \left( \ln \left( 1 + \frac{s}{\sqrt{2}} \right) \right) \right)^2
\]
Simplificando, obtenemos:
\[
x'(s)^2 + y'(s)^2 = \frac{1}{2}
\]
Por lo tanto, el denominador es:
\[
\left( \frac{1}{2} \right)^{3/2} = \frac{1}{2\sqrt{2}}
\]
Cálculo de la curvatura
Finalmente, calculamos la curvatura:
\[
\kappa(s) = \frac{\frac{1}{2} \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}}}{\frac{1}{2\sqrt{2}}}
\]
\[
\kappa(s) = \sqrt{2} \cdot \frac{1}{1 + \frac{s}{\sqrt{2}}}
\]
Esta es la curvatura de la espiral logarítmica dada por \(\beta(s)\).