Determine as trajetórias ortogonais às famílias abaixo, sendo 
 : 
 
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem o seguinte exercício: Determinar as trajetórias ortogonais à família de curvas dada por 
 , onde 
 . O conteúdo que vamos usar aqui é de trajetórias ortogonais em cálculo diferencial. Basicamente, precisamos encontrar uma nova família de curvas que seja perpendicular a todas as curvas da família original 
 . Para isso, vamos precisar calcular as derivadas das funções e usar o conceito de que duas curvas são ortogonais se o produto de suas derivadas no ponto de interseção for -1.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a família de curvas que temos: 
 . Aqui, 
  é um parâmetro real que muda o formato da curva. Nosso objetivo é encontrar outra família de curvas que corta todas essas curvas de forma perpendicular.
Passo 3
Para achar as trajetórias ortogonais, vamos começar calculando a derivada 
  da família original. Diferenciando ambos os lados de 
  em relação a 
 , temos:
Então, isolando 
 :
Passo 4
Agora, como queremos as curvas que são ortogonais às originais, a derivada das trajetórias ortogonais será o negativo do inverso da derivada que acabamos de encontrar. Portanto:
Passo 5
Perceba que ainda temos o parâmetro 
  na equação. Precisamos eliminar 
  para obter uma equação diferencial que descreva apenas as trajetórias ortogonais. Da equação original 
 , podemos isolar 
 :
Passo 6
Substituindo 
  na equação da derivada ortogonal:
Passo 7
Agora temos a equação diferencial que descreve as trajetórias ortogonais:
Vamos resolver essa equação. Reorganizando os termos para separar as variáveis:
Passo 8
Integrando ambos os lados:
Isso resulta em:
Simplificando:
Passo 9
Podemos reescrever a equação acima para deixar mais agradável:
Essa é a equação geral das trajetórias ortogonais.
Resposta
As trajetórias ortogonais à família 
  são dadas por:
onde 
  é uma constante real.