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27 Tarea2
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(203057A_764)
Estudiante
Tutora
DAYANA ALEJANDRA BARRERA
Grupo: 203057_27
Ricardo a a a a a
Oviedo
b b b b b
Jorge E. Uribe c c c c c
Cristian d d
d d d
Bayona
Jorge Ruiz e e e e e
1. G
rupo de ejercicios 1 – Derivadas Parciales.
df
En los siguientes ejercicios use la regla de la cadena para calcular
du
donde x , y , z son:
a. x=scos ( u 2) , y=−u+3 s
∂f ∂f
∗dx ∗dy
df ∂ x ∂y
= +
du du du
df ∂ f
= ∗¿
du ∂ x
f no está definido
∂x ∂ y
Hallamos
∂ u ∂u
∂x
=6 v
∂u
∂y 4
=v . sec 2 (u)
∂u
df ∂ f ∂ x ∂ f ∂ y
= . + .
du ∂ x ∂ u ∂ y ∂ u
df ∂f ∂f
=6 v . + v 4 . sec 2 (u) .
du ∂x ∂y
df df dx df dy
= + ( ) ( )
du dx du dy du
dx 2 vcos (u)
(e ) =[ e 2 vcos(u) ] d ( 2 vcos ( u ) )= [ e2 vcos (u) ] 2 v d ( cos( u) )
du du du
2 vcos ( u ) 2 vcos ( u)
¿ [e ] 2 v (−sen ( u ) )=−2 v e ( sen ( u ) )
dx
=−2 v e 2 vcos (u ) ( sen ( u ) )
du
dy uv
( e )=v euv
du
df df df
= (−2 v e 2 vcos (u ) ( sen ( u ) ) ) + ( v e uv )
du dx dy
2. Grupo de ejercicios 2 – Derivadas Direccionales.
Su dirección:
−2 ^j+ 10 k^ −2 ^j+10 k^ −1 ^ 5 ^
u= = = j+ k
|−2 ^j+ 10 k^| √(−2 ) +( 10 ) √ 26 √ 26
2 2
2
∇ f (−3,1,0 )|=√ 02 + (−2 ) +102=2 √ 26
D Max f (−3,1,0 )=|⃗
1 5 2 50 52 √ 26
f ^u (−3,1,0 )=⃗ (
∇ f (−3,1,0 ) u= ( 0 ,−2,10 ) ∙ 0 ,− , = + = ) ∙
√26 √ 26 √ 26 √ 26 √26 √ 26
=2 √ 26
c. f ( x , y , z )=4+ z e xy en p(1,1,3)
⃗
∇ f ( a ,b) ∙ ⃗v
∂f ∂f ∂f
⃗
∇f=
∂x [
( a ,b ,c ) ,
∂y
( a ,b ,c ) , ( a , b , c )
∂z ]
∂f
( a , b , c ) =zy e xy (1,1,3 )=3 e
∂x
∂f
( a , b , c )=zx e xy (1,1,3 )=3 e
∂y
∂f
( a , b , c ) =e xy (1,1,3 )=e
∂z
Por lo que: ⃗
∇ f (1,1,3)=(3 e , 3 e , e)
Remplazamos
∇´ f ( x , y , z ) =−sen ( x2 yz ) ( 2 xyz ) i−sen ( x2 yz ) ( x2 z ) j−sen ( x 2 yz ) ( x 2 y ) k
Se remplaza el punto p= (3,2,1 )
∇´ f ( x , y , z ) =−sen ( ( 3 )2 (2)( 1) ) ( 2(3)(2) ) i−sen ( (3 )2(2)(1) )( ( 3 )2 (1) ) j−sen ( ( 3 )2 (2)(1) )( ( 3 )2 (2) ) k
a. f ( x , y )= y x2−e xy en P0 (2,4)
π π
c. f ( x , y )=e sen ( x )+cos ( y) en P0 ( 4 , 4 )
∂ f ( x , y)
=[ e sen ( x )+ cos( y ) ( cosx ) ]( π , π )=2.9
∂x 4 4
∂ f ( x , y)
=[ e sen ( x )+ cos( y ) (−seny ) ]( π , π )=−2.9
∂y 4 4
π π
sen ( ) +cos ( )
π π
f( )
, =e
4 4
4 4
=e √ 2
π π
de la función en el punto dado P0 ( , ) es:
4 4
L ( x , y )=e √ 2+ 2.9 x−2.9 y
L ( π4 , π4 )=e √2
Graficando en Geogebra:
(π π)
d. sec ( y ) tan ( x ) en P 0 6 , 4
∂ π π
( )
, =0.816
∂y 6 4
Realizamos la linealización:
L ( x , y )=f ( x p , y p ) + f x ( x p , y p ) ( x−x p ) + f y ( x p , y p ) ( y− y p )
π π
L ( x , y )=0.82+1.88 x− ( 6 )
+ 0.82 y−
4 ( )
Buscamos la segunda derivada
∂ π π
( )
, =sec ( y )∗sec 2 ( x)
∂x 6 4
2
∂ π π ∂ ∂
∂x ( 62
, )=sec ( y )
4 ∂ x
2
sec ( x )=sec( y)∗2 sec ( x )
∂ x
sec ( x )
2
∂ π π
∂x (6 4 )
2
2
, =sec ( y )∗2 sec ( x )∗sec ( x )∗tan ( x )=2 sec ( y )∗sec ( x )∗tan ( x )
2
∂ π π π π π
(
∂x 6 4 2
, )=2 sec ( ) sec ( ) tan ( )=2.177
4 6 6
2
∂ π π
∂x (6 4 )
2
, =sec ( y )∗sec ( x)
∂ π π ∂
(
∂x ∂ y 6 4
, )=sec ( x )
∂y
2 2
sec ( y )=sec ( x )∗sec ( y )∗tan( y)
∂ π π π π π
(
∂x ∂ y 6 4
, )=sec ( ) sec ( ) tan ( )=1.885
6
2
4 4
∂ π π
( )
, =tan( x)∗sec ( y )∗tan( y )
∂y 6 4
2
∂ π π ∂
( , ) =tan( x)
∂y 6 4 2
∂y
sec ( y )∗tan( y)
Si tomamos como
8−8 y 2−z 2
ii. 4 x2 +16 y 2 +2 z2 =16 ⇒ 2 x 2=8−8 y 2−z 2 ⇒ x= √ . (2)
2
Reemplazamos x en 1
√8−8 y 2−z 2
iii. V ( y , z )= ( 2 ) yz (3)
1
1 −1
V y =z
√ 8−8 y 2−z 2
(2
+ yz
2
( 8−8 y
)
2
−z
(
2
2 2
) ∗(−16 y )
=z ) ( √8−8 y 2−z 2
2 ) (
+ yz
−8 y
2 √ 8−8 y 2−z 2 )
( 8−8 y 2−z 2 )−8 y 2 8−16 y 2−z 2 8−16 y 2 −z2
V y =z
( 2 √ 8−8 y 2−z 2 ) ( =z
2 √ 8−8 y 2−z 2
=0 ⇒ z=0
)
,∨ ,
2 √8−8 y 2−z 2
=0
1
1 −1
V z= y
√ 8−8 y 2−z 2
(2
+ yz
2
( 8−8 y
)
2
−z
2(2 2
) ∗(−2 z )
=y ) ( √ 8−8 y 2−z 2
2 ) (√
+ yz
−z
2 8−8 y 2−z 2 )
( 8−8 y 2−z 2 )−z 2 4−4 y 2−z 2 4−4 y 2−z 2
V z= y
( 2 √ 8−8 y 2−z 2 ) (
=y
√8−8 y 2−z 2
=0⇒
)
y=0 , ∨,
√8−8 y 2−z 2
=0
√5 5
z=2 1− √ =2 1− =¿ 2
(5)20 4 5
⇒ z= √ ¿
√ 25 √ 25 5
Reemplazando los valores de y y z en (2)
2 2 2 2
4 x +16 ( 0 ) +2 ( 0 ) =16 ⇒ x =4 ⇒ x =±2
2 2
√5 +2 4 √ 5 =16 ⇒ 4 x 2+ 24 =16 ⟹20 x 2=56 ⟹ x= 14 = √70
4 x2 +16 (5) ( 5 ) 5 √ 5 5
P1=( 2,0,0 ) ; P2=(−2,0,0 ) ; P3= ( √570 , √55 , 4 5√5 ), se toman los valores no nulos
√ 70 ∗√5
5
∗4 √ 5
5 4 √ 70
V =xyz = ⇒V= =1,33865
5 25
c. Encuentre los puntos sobre la superficie z=9+ xy que están
más cerca al origen
∂f
buscada: =2 x+ 18 y +2 x y 2 =0
∂x
∂f
=2 y +18 x+ 2 y x 2=0
∂y
Despejamos x en la primera derivada:
2 x ( 1+ y 2 )=−18 y
−9 y
x=
1+ y 2
Sustituimos en la segunda derivada:
2
−9 y −9 y
2 y+ 18
[ ] [ ]
1+ y 2
+2 y
1+ y 2
=0
162 y 162 y 3
2 y−
[ ][
1+ y 2
+
(1+ y 2)2
=0
]
Sacando mínimo común múltiplo y pasando el divisor a la derecha:
2 y ( 1+2 y 2 + y 4 ) −162 y ( 1+ y 2 ) +162 y 3=0
2 y 5+ 4 y 3 +2 y−162 y−162 y 3+ 162 y 3=0
2 y 5+ 4 y 3 −160 y =0
y 4 +2 y 2−80=0
Al resolver esta ultima ecuación de 4to grado se obtienen 2 raíces:
y 1=2 √ 2 y 2=−2 √ 2
∂2 f 2
2
=F YY =2 x + 2=18
∂y
F XY =4 xy +18=−14
D=128
La superficie es
g ( x , y , z ) =x2− y 2+ z 2=0
Realizamos las siguientes operaciones
∇ f =λ ∇ g
f x = λ g x → 2 ( x−4 )=λ 2 x
f y =λ g y →2 y=−λ 2 y
f z =λ g z → 2 ( z−2 )=λ 2 z
Ahora se toma el valor de y
2 y=−λ 2 y
y=−λy
y + λy=0 y (1+ λ)=0
y=0 , λ=−1
Ahora remplazamos el valor de λ en la función g
2 ( x−4 )=λ 2 x → ( x−4 )= λx → ( x−4 )=−x
2 x=4 → x=2
2 ( z−2 )=λ 2 z → ( z−2 )= λz → ( z−2 )=−z
2 z=2→ z=1
Remplazamos en la restricción
x 2− y 2 + z 2=0
x 2+ z2 = y 2 → 22+12 = y 2 → 4 +1= y 2
y=± √ 5
Los puntos mas cercanos a la superficie son
Q ( 2 , √ 5 , 1 ) y P ( 2,−√ 5 ,1 )
1 1 2 1
Por tanto: y=−1, ∨ , y = ; y z=2 (−1 )2=2 , ∨, z=2
2 2
=
2 ()
Tenemos los puntos: P1=(−1 ,−1,2 ) , P2= ( 12 , 12 , 12 ) , los reemplazamos en
3
la función f ( x , y , z )=√ x 2+ y 2+ z 2:
3 2 2 2 3
f ( P1 ) =√ (−1 ) + (−1 ) + ( 2 ) = √ 6=1,81712
1 2 1 2 1 2 33
f ( P 2) =
√( ) ( )
3
2
+
2
+()
2 √
= =0,90856
4
x 2 + z 2=1
c. f ( x , y , z , w )=xy + zw sujeta a { y 2+ w2=1
Para aplicar el teorema de multiplicadores de lagrange con 2
restricciones se cumple:
∇ f ( x , y , z , w)=λ ∆ g( x , z)+ μ ∇ h( y , w)
Donde g ( x , z )=x 2+ z2 −1=0 ; h ( x , z )= y 2 + w2−1=0
Las derivadas parciales son:
∂f ∂f ∂f ∂f ∂g ∂g ∂h ∂h
=y =x =w =z =2 x =2 z =2 y =2 w
∂x ∂y ∂z ∂w ∂x ∂z ∂y ∂w
El sistema de ecuaciones queda de la siguiente forma:
y=2 λx
{ x=μ 2 y
w=2 λz
z =2 μw
Un sistema de 4 ecuaciones con 6 incógnitas, que completamos con
las ecuaciones de las restricciones para obtener un sistema de 6x6.
y=2 λx
{ x=μ 2 y
w=2 λz
z=2 μw
x 2 + z 2=1
y 2+ w2=1