Como calcular essa função? Seja f(x,y)= x.arctg x/y. Calcule df/du (1,1), em que u aponta na direção e sentido de máximo crescimento de f no ponto (1,1).
\[\vec u=\nabla f(1,1)=\left(\left.\dfrac{\partial f}{\partial x}\right|_{(1,1)},\left.\dfrac{\partial f}{\partial y}\right|_{(1,1)}\right)\]
Vamos então determinar as derivadas parciais:
\[\dfrac{\partial f}{\partial x}=\arctan\dfrac{x}y+\dfrac{x}y\cdot\dfrac{1}{1+\left(\dfrac{x}y\right)^2}=\arctan\dfrac{x}y+\dfrac{xy}{x^2+y^2}\]
\[\dfrac{\partial f}{\partial y}=x\cdot\dfrac{1}{1+\left(\dfrac{x}y\right)^2}\cdot\left(-\dfrac{x}{y^2}\right)=-\dfrac{x^2}{x^2+y^2}\]
Substituindo o ponto desejado, temos:
\[\left.\dfrac{\partial f}{\partial x}\right|_{(1,1)}=\arctan\dfrac11+\dfrac{1\cdot1}{1^2+1^2}=\dfrac\pi4+\dfrac12\]
\[\left.\dfrac{\partial f}{\partial y}\right|_{(1,1)}=-\dfrac{1^2}{1^2+1^2}=\dfrac12\]
Temos então a direção desejada:
\[\vec u=\nabla f(1,1)=\left(\dfrac\pi4+\dfrac12,\dfrac12\right)\]
Para a derivada, temos:
\[\left.\dfrac{df}{d\vec u}\right|_{(1,1)}=\nabla f(1,1)\cdot\dfrac{\vec u}{|\vec u|}\]
Mas \(\nabla f(1,1)=\vec u\), então:
\[\left.\dfrac{df}{d\vec u}\right|_{(1,1)}=\vec u\cdot\dfrac{\vec u}{|\vec u|}=\dfrac{\vec u^2}{|\vec u|}\$=\dfrac{|\vec u|^2}{|\vec u|}=|\vec u|\]
Usando a expressão do módulo de um vetor, com o vetor já obtido, temos:
\[\left.\dfrac{df}{d\vec u}\right|_{(1,1)}=\sqrt{\left(\dfrac\pi4+\dfrac12\right)^2+\left(\dfrac12\right)^2}=\sqrt{\dfrac{\pi^2}{16}+\dfrac\pi4+\dfrac14+\dfrac14}\]
Finalmente:
\[\boxed{\left.\dfrac{df}{d\vec u}\right|_{(1,1)}=\dfrac14\sqrt{\pi^2+4\pi+8}}\]
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