Solución

Para tener una idea de la forma de la superficie, primero trazamos algunos puntos. Dado que el dominio del parámetro es todo R2\Reals^2, podemos elegir cualquier valor para uu y vv y graficar el punto correspondiente. Si u=v=0u = v = 0, entonces r(0,0)=1,0,0\bold{r} (0, 0) = \lang 1, 0, 0\rang, entonces el punto (1,0,0)(1, 0, 0) está en SS. De manera similar, los puntos r(π,2)=(1,0,2)\bold{r} (\pi, 2) = (−1, 0, 2) y r(π2,4)=(0,1,4)\bold{r} (\frac{\pi}{2}, 4) = (0, 1, 4) están en SS.

Aunque trazar puntos puede darnos una idea de la forma de la superficie, normalmente necesitamos bastantes puntos para ver la forma. Dado que se necesita mucho tiempo para trazar docenas o cientos de puntos, usamos otra estrategia. Para visualizar SS, visualizamos dos familias de curvas que se encuentran en SS. En la primera familia de curvas mantenemos uu constante; en la segunda familia de curvas mantenemos vv constante. Esto nos permite construir un “esqueleto” de la superficie, obteniendo así una idea de su forma.

Primero, supón que uu es una constante KK. Entonces la curva trazada por la parametrización es cos  K,sen  K,v\lang cos\; K, sen\; K, v\rang, lo que da una línea vertical que pasa por el punto (cos  K,sen  K,v)(cos \;K, sen \;K, v) en el plano xyxy.

Ahora supón que vv es una constante KK. Entonces la curva trazada por la parametrización es cos  u,sen  u,K\lang cos\; u, sen\; u, K\rang, lo que da un círculo en el plano z=Kz = K con radio 11 y centro (0,0,K(0, 0, K).

Si uu se mantiene constante, obtenemos líneas verticales; si vv se mantiene constante, obtenemos círculos de radio 11 centrados alrededor de la línea vertical que pasa por el origen. Por tanto, la superficie trazada por la parametrización es el cilindro x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 (Observa la siguiente figura).

Figura 6.57. (a) Líneas cos  K,sen  K,v\lang cos\; K, sen \;K, v\rang para K=0,π2,πK = 0, \frac{\pi}{2}, \pi y 3π2\frac{3\pi}{2}. (b) Círculos cos  u,sen  u,K\lang cos\; u, sen\; u, K\rang para K=2,1,1K = −2, −1, 1 y 22. (c) Las líneas y los círculos juntos. A medida que varían uu y vv, describen un cilindro.

Observa que si x=cos  ux = cos\; u y y=sen  uy = sen \;u, entonces x2+y2=1x^2 + y^2 = 1, por lo que los puntos de SS se encuentran en el cilindro. A la inversa, cada punto del cilindro está contenido en algún círculo cos  u,sen  u,k\lang cos\; u, sen\; u, k\rang para algún kk, y por lo tanto cada punto del cilindro está contenido en la superficie parametrizada (observa la figura).

Figura 6.58. El cilindro x2+y2=r2x^2 + y^2 = r^2 tiene parametrización r(u,v)=rcos  u,rsen  u,v,0u2π,<v<\bold{r} (u, v) = \lang r cos\; u, r sen\; u, v\rang, 0 \le u \le 2\pi, -\infin \lt v \lt \infin.

Análisi

Observa que si cambiamos el dominio del parámetro, podríamos obtener una superficie diferente. Por ejemplo, si restringimos el dominio a 0uπ,0<v<60 \le u \le \pi, 0 \lt v \lt 6, entonces la superficie sería un medio cilindro de altura 66.