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Questão 3. Faça um mapa de contorno para a função f(x, y) = y / (x^2 + y^2), e use o mapa de contorno para traçar um esboço do gráfico da função. Solução: Reescrevemos a equação f(x, y) = k como f(x, y) = k ⇒ y / (x^2 + y^2) = k ⇒ kx^2 + ky^2 − y = 0. Se k = 0, então y = 0 de modo que a curva de nível para k = 0 se reduz a reta y = 0. Mas se k ≠ 0, então podemos escrever x^2 + y^2 - 1/k * y = 0 ⇒ x^2 + y^2 - 2/(k * y) + (1/(2k))^2 = (1/(2k))^2 ⇒ x^2 + (y - 1/(2k))^2 = |1/(2k)|^2, que descreve para cada k ≠ 0 uma circunferência de centro (0, 1/2k) e de raio |1/(2k)|. A Figura 2 apresenta um mapa de contorno para a função f(x, y).

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Praticando Para o Saber

há 2 anos

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há 2 anos

A partir do mapa de contorno da função f(x, y) = y / (x^2 + y^2), podemos traçar um esboço do gráfico da função. O mapa de contorno mostra que para cada valor de k ≠ 0, temos uma circunferência de centro (0, 1/2k) e raio |1/(2k)|. Quando k = 0, temos a reta y = 0. Podemos observar que a função f(x, y) não está definida no ponto (0, 0), pois a expressão y / (x^2 + y^2) não está definida quando x = 0 e y = 0. Além disso, a função é simétrica em relação ao eixo y, pois f(x, y) = f(-x, y). Para valores de k > 0, as circunferências ficam cada vez menores à medida que k aumenta. Quando k tende ao infinito, as circunferências se aproximam do ponto (0, 0). Para valores de k < 0, as circunferências ficam cada vez maiores à medida que k diminui. Quando k tende a menos infinito, as circunferências se aproximam do ponto (0, 0). Portanto, o gráfico da função f(x, y) consiste em uma família de circunferências concêntricas com centro no eixo y e se aproximando do ponto (0, 0) à medida que se afastam do eixo y. A reta y = 0 também faz parte do gráfico da função.

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Questão 4. Calcula as derivadas parciais de primeira ordem, e as derivadas parciais de segunda ordem das funções a seguir: a) f(x, y) = x^2 − y / xy b) f(x, y) = exy − x^3y Solução: a) Temos as primeiras derivadas ∂f/∂x = 2x^2y − (x^2 − y)y / x^2y^2 ∂f/∂y = (−1)xy − (x^2 − y)x / x^2y^2 ∂f/∂x = x^2y + y^2 / x^2y2 = 1/y + 1/x^2 ∂f/∂y = − x^3 / x^2y2. Já as segundas derivadas são dadas por: ∂2f/∂x2 = − 2/x^3 ∂2f/∂y2 = 2x/y^3 ∂2f/∂x∂y = − 1/y^2 = ∂2f/∂y∂x b) Temos as primeiras derivadas ∂f/∂x = yexy − 3x^2y ∂f/∂y = xexy − x^3 Já as segundas derivadas são dadas por: ∂2f/∂x2 = y^2exy − 6xy ∂2f/∂y2 = x^2exy ∂2f/∂x∂y = exy + xyexy − 3x^2 = ∂2f/∂y∂x

Questão 5. Considere a função f(x, y) = arctg(xy). Se x = et e y = cos(t), calcule a derivada de f em relação a t. Solução: Temos df/dt = ∂f/∂x * dx/dt + ∂f/∂y * dy/dt df/dt = y(t) / (1 + (xy)^2) * et + x(t) / (1 + (xy)^2) * (− sen(t)) = et(cos(t)− sen(t)) / (1 + (et cos(t))^2).

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