Um Curso de Cálculo, Volume 2

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 58 de 108

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Um Curso de Cálculo, Volume 2

13.3 Derivada Direcional

9. 2 2 2 das superfícies Determine a equação do plano normal, em (1, 2, 3), à interseção x + y + z = 14 e xyz = 6.

 

10. Determine um plano que passe pelos pontos (5, 0, 1) e (1, 0, 3) e

que seja tangente à superfície 2 2 2 x + 2 y + z = 7.

 

13.3 Derivada Direcional

 

Sejam z = f (x, y) uma função, (x , y ) um ponto de D e e um vetor 0 0 f

unitário. Suponhamos que exista r > 0 tal que para | t | < r os pontos da reta (x, y) = (x + at, y + bt) pertençam ao do mínio de f. Como estamos supondo 0 0

unitário, a distância de (x + at, y + bt) a (x , y ) é | t | (verifique). 0 0 0 0

 

Pois bem, definimos a taxa média de variação de f, na direção

entre os pontos (x , y ) e (x + at, y + bt) por 0 0 0 0

 

Vamos destacar, a seguir, o limite de para t → 0.

 

De nição. O limite

quando existe e é nito, denomina-se derivada direcional de f no ponto (x , y ) e na direção do vetor 0 0

unitário.

 

A derivada direcional denomina-se, também, taxa de variação

de f no ponto (x , y ) e na direção do vetor . Observe: 0 0

 

sendo a aproximação tanto melhor quanto menor for | t |.

As derivadas parciais de f, em (x , y ), são particulares derivadas 0 0

direcionais. De fato:

 

Deste modo, são, respectivamente, as derivadas

direcionais de f, no ponto (x , y ), e nas direções dos vetores 0 0

 

A seguir, vamos interpretar geometricamente Para isto,

consideremos a curva γ (t) dada por

Observe que a imagem de γ está contida no gráfico de f. Temos:

 

ou seja,

Exemplo 1

 

Seja 2 2 f ( x , y ) = x + y . Calcule em que é o versor de

 

Solução

Inicialmente, vamos calcular em que é um vetor

unitário qualquer.

 

Ou seja,

a) é tangente em (1, 1) à curva de nível f

( 2 2 x , y ) = 2 ou seja, x + y = 2 (verifique).

 

Portanto, é razoável esperar que, nesta direção t, a taxa de variação de f, em (1, 1), seja nula. (Por quê?) De fato

Exemplo 2

 

São dados uma função 2 2 f ( x , y ) = x + y , um vetor unitário (a, b) e um

real β > 2. Suponha que (1 + sa, 1 + sb) e com s > 0 e t

> 0, pertençam à curva de nível f (x, y) = β. Compare a taxa média de

variação de f entre os pontos (1, 1) e (1 + sa, 1 + sb) e entre os pontos

 

Solução

 

Exemplo 3