Exercício Resolvido de Integral de Contorno
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b) \( f(z)=z \),   ao longo do caminho formado por dois segmentos, o primeiro segmento que vai da origem ao ponto (1, 0), e o segundo segmento que vai do ponto (1, 0) ao ponto (1, 1).

A curva é formada por dois segmentos γ1 e γ2, que devem ser parametrizados separadamente.
A parametrização de uma reta é dada por
\[ \begin{gather} \bbox[#99CCFF,10px] {z(t)=z_{1}+t(z_{2}-z_{1})} \end{gather} \]
  • Parametrização da curva γ1 (Figura 1)
Pontos inicial e final da curva,   \( z_{1}=0+0i \)   e   \( z_{2}=1+0i \)
\[ \begin{gather} z_{\gamma _{1}}(t)=(0+0i)+t[(1+0i)-(0+0i)]\\[5pt] \qquad \qquad \qquad \qquad z_{\gamma _{1}}(t)=t\qquad ,\qquad 0\leqslant t\leqslant 1 \tag{I} \end{gather} \]
Figura 1
  • Derivada de   zγ1(t) = t
\[ \begin{gather} z'_{\gamma 1}(t)=\frac{dz_{\gamma 1}}{dt}=1 \tag{II} \end{gather} \]
A integral de contorno é dada por
\[ \begin{gather} \bbox[#99CCFF,10px] {\int f(z)\;dz=\int f(z(t))z'(t)\;dt} \end{gather} \]
  • Integral de   f(z) = z
\[ \begin{gather} f(z)=z=x+iy \tag{III} \end{gather} \]
Integral sobre a curva γ1
\[ \begin{gather} I_{1}=\int_{\gamma 1}f(z_{\gamma 1}(t))z'_{\gamma 1}(t)\;dt \tag{IV} \end{gather} \]
usando a expressão (I) obtemos f(zγ1(t))
\[ \begin{gather} z_{\gamma 1}(t)=\underbrace{\ t\ }_{x(t)}+\underbrace{\ 0\ }_{y(t)}i \tag{V} \end{gather} \]
substituindo os valores de x(t) e y(t) da expressão (V) na expressão (III)
\[ \begin{gather} f(z_{\gamma 1}(t))=t \tag{VI} \end{gather} \]
substituindo as expressões (II) e (VI) na expressão (IV)
\[ \begin{align} I_{1} &=\int_{0}^{1}(t)(1)\;dt=\int_{0}^{1}t\;dt=\\[5pt] &=\left(\left.\frac{t^{2}}{2}\;\right|_{0}^{1}\right)=\frac{1}{2} \tag{VII} \end{align} \]
  • Parametrização da curva γ2 (Figura 2)
Pontos inicial e final da curva,   \( z_{2}=1+0i \)   e   \( z_{3}=1+i \)
\[ \begin{gather} z_{\gamma_{2}}(t)=(1+0i)+t[(1+1i)-(1+0i)]\\[5pt] z_{\gamma_{2}}(t)=1+t[1+1i-1]\\[5pt] \qquad \qquad \qquad \qquad z_{\gamma_{2}}(t)=1+it\qquad ,\qquad 0\leqslant t\leqslant 1 \tag{VIII} \end{gather} \]
Figura 2
  • Derivada de   zγ2(t) = 1+it
\[ \begin{gather} z'_{\gamma 2}(t)=\frac{dz}{dt}=i \tag{IX} \end{gather} \]
  • Integral de   f(z) = z
Integral sobre a curva γ2
\[ \begin{gather} I_{2}=\int_{\gamma 2}f(z_{\gamma 2}(t))z'_{\gamma 2}(t)\;dt \tag{X} \end{gather} \]
usando a expressão (VIII) obtemos f(zγ2(t))
\[ \begin{gather} z_{\gamma 2}(t)=\underbrace{\ 1\ }_{x(t)}+\underbrace{\ t\ }_{y(t)}i \tag{XI} \end{gather} \]
substituindo os valores de x(t) e y(t) da expressão (XI) na expressão (III)
\[ \begin{gather} f(z_{\gamma 2}(t))=1+it \tag{XII} \end{gather} \]
substituindo as expressões (IX) e (XII) na expressão (X)
\[ \begin{align} I_{2} &=\int_{0}^{1}(1+it)(i)=\;dt=\int_{0}^{1}(i+i^{2}t)\;dt= \\[5pt] &=\int_{0}^{1}(i-t)\;dt=i\int _{0}^{1}dt-\int_{0}^{1}t\;dt=\\[5pt] &=i\left(\left.t\;\right|_{0}^{1}\right)-\left(\left.\frac{t}{2}\;\right|_{0}^{1}\right)=i(1)-\left(\frac{1}{2}\right)=i-\frac{1}{2} \tag{XIII} \end{align} \]
O resultado final será dado pela soma das integrais sobre os dois segmentos (VII) e (XIII)
\[ \begin{gather} I=I_{1}+I_{2}\\[5pt] I=\frac{1}{2}+i-\frac{1}{2} \end{gather} \]
\[ \begin{gather} \bbox[#FFCCCC,10px] {\int_{0}^{1+i} f(z)\;dz=i} \end{gather} \]
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