2730

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = x^2 + y^2$ em $(0,1,f(0,1))$.

Plano tangente: $z = 2y - 1$

Reta normal: $(x,y,z) = \left(0,1,1 \right) + \lambda \left(0,2,-1 \right)$.

2706

Se $z=\sin(x+\sin{y})$, mostre que $\dfrac{\partial z}{\partial x} \;\dfrac{\partial^{2} z}{\partial x \partial y}=\dfrac{\partial z}{\partial y}\;\dfrac{\partial^{2}z}{\partial x^{2}}$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial z}{\partial x} &= \cos(x + \sin y),\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = \cos(x + \sin y) \cos y,\\\frac{\partial z^{2}}{\partial x\partial y} &= -\sin (x + \sin y) \cos y\;\;\text{e}\;\; \frac{\partial^{2} z}{\partial x^{2}} = -\sin (x + \sin y).\end{aligned}$

2202

Os lados iguais e o ângulo correspondente de um triângulo isósceles estão aumentando à razão de $3cm/h$ e $2^{\circ}/h$, respectivamente. Ache a taxa à qual a área do triângulo está aumentando no instante em que o comprimento de cada um dos

lados iguais é de $6$ metros e o ângulo correspondente é $60^{\circ}.$

$\approx 181559$ cm$^{2}/$h.

2114

Se $z=f(x-y)$, mostre que
$$\dfrac{\partial z}{\partial x}+\dfrac{\partial z}{\partial y}=0.$$

Note que se $u = x - y,$ então $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{dz}{du}$e$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{dz}{du}.$

2681

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=(xy-1)^{2}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 2y(xy - 1)\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 2x (xy - 1)$.

2120

Seja $g(t)=f(3t,2t^{2}-1).$

Expresse $g^{'}(t)$ em termos das derivadas parciais de $f$.
Calcule $g^{'}(0)$ admitindo $\dfrac{\partial f}{\partial x}(0,-1)=\dfrac{1}{3}.$

$\displaystyle g'(t) = 3\frac{\partial f}{\partial x}(3t,2t^{2} - 1) + 4t \frac{\partial f}{\partial y}(3t,2t^{2} - 1).$
$g'(0) = 1.$

2677

Calcule as derivadas parciais de $s = f(x,y,z,w)$ dada por $s = xw \ln{(x^2 + y^2 + z^2 + w^2)}$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial s}{\partial x} &= w \left( \frac{2x^{2}}{x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2}} + \ln (x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2})\right),\\\frac{\partial s}{\partial y} &= \frac{2xyw}{x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2}},\;\;\;\; \frac{\partial s}{\partial z} = w \frac{2xzw}{x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2}}\;\;\;\;\;\text{e}\\\frac{\partial s}{\partial w} &= x \left( \frac{2w^{2}}{x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2}} + \ln (x^{2} + y^{2} + z^{2} + w^{2})\right).\end{aligned}$

2127

Seja $z=f(u+2v,u^{2}-v)$. Expresse $\partial z/\partial u$ e $\partial z/\partial v$ em termos das

derivadas parciais de $f$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial u}(u,v) = \frac{\partial f}{\partial x}(u + 2v,u^{2} - v) + 2u \frac{\partial f}{\partial y}(u + 2v,u^{2} - v)$ e\\ $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial v}(u,v) = 2 \frac{\partial f}{\partial x}(u + 2v,u^{2} - v) - \frac{\partial f}{\partial y}(u + 2v,u^{2} - v).$

2205

Suponha que $w=f(x,y)$ é diferenciável e que exista uma constante $\alpha$ tal que
$x=u\cos(\alpha)-v\sin(\alpha)$
$y=u\sin(\alpha)+v\cos(\alpha).$
Mostre que
$$\bigg(\frac{\partial w}{\partial u}\bigg)^{2}+\bigg(\frac{\partial w}{\partial v}\bigg)^{2}=\bigg(\frac{\partial w}{\partial x}\bigg)^{2}+\bigg(\frac{\partial w}{\partial y}\bigg)^{2}.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial u} = \cos(\alpha) \frac{\partial w}{\partial x} + \sin(\alpha) \frac{\partial w}{\partial y}$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial v} = -\sin(\alpha) \frac{\partial w}{\partial x} + \cos(\alpha) \frac{\partial w}{\partial y}.$

2183

Nos item abaixo:

expresse $\mathrm{d} w/\mathrm{d} t$ como uma função de $t$, usando a Regra da Cadeia, expressando $w$ em termos de $t$ e diferenciando em relação a $t$;
calcule $\mathrm{d} w/\mathrm{d} t$ no valor dado de $t$.

$w=x^{2}+y^{2}$, $x=\cos{t}+\sin{t}$, $y=\cos{t}-\sin{t}$; $t=0.$

$\displaystyle \frac{dw}{dt}(t) = 0.$
$\displaystyle \frac{dw}{dt}(0) = 0.$

3089

Mostre que se $f_x(x,y)=0$ e $f_y(x,y)=0$ em toda uma região circular, então $f(x,y)$ é constante nessa região.

2763

Determine o maior conjunto de pontos em que a função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{xy^3}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = 0\end{cases}$ é diferenciável. Justifique.

$\mathbb{R}^{2}$.

2691

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=\ln(x+2y+3z)$.

$\displaystyle f_{x} = \frac{1}{x + 2y + 3z},\;\;\;\; f_{y} = \frac{2}{x + 2y + 3z}\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; f_{z} = \frac{3}{x + 2y + 3z}$.

2665

Determine as derivadas parciais de $z=\dfrac{x\sin{y}}{\cos(x^{2}+y^{2})}$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial z}{\partial x} &= \frac{\sin y ( \cos(x^{2} + y^{2}) + 2x^{2} \sin(x^{2} + y^{2}))}{(\cos(x^{2} + y^{2}))^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\\\frac{\partial z}{\partial y} &= \frac{x \cos y \cos(x^{2} + y^{2}) + 2xy \sin y \sin(x^{2} + y^{2})}{(\cos(x^{2} + y^{2}))^{2}}.\end{aligned}$

2735

Determine o plano que passa pelos pontos $(1,1,2)$ e $(-1,1,1)$ e que seja tangente ao gráfico de $f(x,y) = xy$.

$x + 6y - 2z = 3$.

2719

Determine a aproximação linear da função $f(x,y) = \sqrt{20 - x^2 - 7y^2}$ em $(2,1)$ e use-a para aproximar $f(1,95; 1,08)$.

$L(x,y) = -\frac{2}{3}x - \frac{7}{3}y + \frac{20}{3}$ e $f(1,95; 1,08) \approx 2.847.$

2041

Utilize a Regra da Cadeia para determinar as derivadas parciais indicadas.
$u=\sqrt{r^{2}+s^{2}}$, $r=y+x\;\cos{t}$, $s=x+y\;\sin{t}$;
$\dfrac{\partial u}{\partial x}$, $\dfrac{\partial u}{\partial y}$, $\dfrac{\partial u}{\partial t}$ quando $x=1$, $y=2$, $t=0$.

$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial x} = \frac{4}{\sqrt{10}}$, $\displaystyle \frac{\partial u}{\partial y} = \frac{3}{\sqrt{10}}$, $\displaystyle \frac{\partial u}{\partial t}= \frac{2}{\sqrt{10}}.$

2658

Determine as derivadas parciais de $z=x^{2}\ln(1+x^{2}+y^{2})$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = 2x\ln(1+ x^{2} + y^{2}) + \frac{2x^{3}}{1 + x^{2} + y^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2x^{2}y}{1 + x^{2} + y^{2}}.$

2068

Utilize as Equações

$\dfrac{\partial z}{\partial x}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial x}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial y}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial y}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$

para determinar $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$.

$x^{2}+y^{2}+z^{2}=3xyz$

$\displaystyle \frac{dz}{dx} = \frac{3yz - 2x}{2z - 3xy}$ e $\displaystyle \frac{dz}{dy} = \frac{3xz - 2y}{2z - 3xy} .$

2657

Determine as derivadas parciais de $f(x,y)=e^{-x^{2}-y^{2}}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = -2xe^{-x^{2} - y^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = -2ye^{-x^{2} - y^{2}}.$

2723

Se $z = 5x^2 + y^2$ e $(x,y)$ varia de $(1,2)$ a $(1,05; 2,1)$, compare os valores de $\Delta z$ e $dz$.

$\Delta z = 0.9225$ e $dz = 0.9$.

2743

Determine os planos tangentes ao gráfico de $f(x,y) = 2 + x^2 + y^2$ e que contenham o eixo $x$.

$z = 2\sqrt{2} y$ e $z = -2\sqrt{2} y.$

2045

Utilize a Equação
$$ \dfrac{dy}{dx}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial x}}{\dfrac{\partial F}{\partial y}}=-\dfrac{F_x}{F_y}$$
para determinar $\mathrm{d}y/\mathrm{d}x$.
$\cos(x-y)=xe^{y}$

$\displaystyle \frac{dy}{dx} = \frac{\sin(x - y) + e^{y} }{\sin(x - y) -x e^{y}} .$

2029

Use a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{d}z/\mathrm{d} t$ ou $\mathrm{d}w/ \mathrm{d}t.$

$z=\tan^{-1}(x/y)$, $x=e^{t}$, $y=1-e^{-t}$.

$\displaystyle \frac{dz}{dt} = \frac{xe^{-t} - ye^{t}}{x^{2} + y^{2}}.$

3082

De acordo com a lei dos gases ideais, a pressão, a temperatura e o volume de um gás confinado estão relacionados por $ P=kT/V$, onde $k$ é uma constante. Use diferenciais para aproximar a variação percentual na pressão se a temperatura de um gás tiver crescido em $3\%$ e o volume tiver crescido em $5\%$.

2123

Suponha que, para todo $t$, $f(t^{2},2t)=t^{3}-3t$. Mostre que
$$\dfrac{\partial f}{\partial x}(1,2)=-\dfrac{\partial f}{\partial y}(1,2).$$

Tome $t = 1$ em $\displaystyle \frac{df}{dt}(t^{2},2t) = 2t \frac{\partial f}{\partial x}(t^{2},2t) + 2\frac{\partial f}{\partial y}(t^{2},2t) = 3t^{2} - 3.$

2703

Considere a função

$$f(x,y)=\log(9-x^{2}-9y^{2}).$$

Esboce no plano $xy$ o domínio de $f.$
Calcule as derivadas parciais $f_{x}$ e $f_{y}.$

$D_{f} = \left\lbrace (x,y) \in \mathbb{R}^{2};\; x^{2} -9y^{2} < 9 \right\rbrace$.
$\displaystyle f_{x} = \frac{-2x}{9 - x^{2} - 9y^{2}} \;\;\;\text{e}\;\;\;f_{y} = \frac{-18y}{9 - x^{2} - 9y^{2}}$.

2634

Considere a função dada por $z=x \sin\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg).$ Verifique que

$$x\;\dfrac{\partial z}{\partial x}+y\;\dfrac{\partial z}{\partial y}=z.$$

Primeiramente, vamos calcular $\dfrac{\partial z}{\partial x}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial }.$ Assim,\\

$\bullet $ $\dfrac{\partial z}{\partial x}=$ $\dfrac{\partial}{\partial x}\bigg[x\cdot \sin\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)\bigg]=

1\cdot \sin\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)+x\cdot \cos \bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)\cdot \dfrac{1}{y}$

$$=\sin\bigg(\frac{x}{y}\bigg)+\frac{x}{y}\cdot \cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg)$$

$\bullet $ $\dfrac{\partial z}{\partial y}=$ $\dfrac{\partial}{\partial y}\bigg[x\cdot \sin\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)\bigg]=

0\cdot \sin\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)+x\cdot \cos \bigg(\dfrac{x}{y}\bigg)\cdot \bigg(-\dfrac{x}{y^{2}}\bigg)$

$$=-\frac{x^{2}}{y^{2}}\cdot \cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg).$$

Então,

$$x\cdot \frac{\partial z}{\partial x}+y\frac{\partial z}{\partial y}=x\cdot \bigg[\sin\bigg(\frac{x}{y}\bigg)+\frac{x}{y}\cdot \cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg)\bigg] +

y\cdot\bigg[ -\frac{x^{2}}{y^{2}}\cdot \cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg)\bigg]$$

$$=x\cdot \sin\bigg(\frac{x}{y}\bigg)+\frac{x^{2}}{y}\cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg)-\frac{x^{2}}{y}\cdot \cos\bigg(\frac{x}{y}\bigg)$$

$$x\cdot \sin\bigg(\frac{x}{y}\bigg)=z.$$

2711

O elipsoide $4x^{2}+2y^{2}+z^{2}=16$ intercepta o plano $y=2$ em uma elipse. Determine as equações paramétricas da reta tangente à elipse no ponto $(1,2,2).$

$x = 1 + t,$ $y = 2,$ $z = 2 - 2t$.

2638

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $f(x,y)=x^{5}+3x^{3}y^{2}+3xy^{4}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 5x^{4} + 9x^{2}y^{2} + 3y^{4}\;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 2x^{3}y + 12xy^{3}$.

2044

Utilize a Equação
$$ \dfrac{dy}{dx}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial x}}{\dfrac{\partial F}{\partial y}}=-\dfrac{F_x}{F_y}$$
para determinar $\mathrm{d}y/\mathrm{d}x$.
$\sqrt{xy}=1+x^{2}y$

$\displaystyle \frac{dy}{dx} = \frac{4(xy)^{3/2} - y}{x - 2x^{2}\sqrt{xy}} .$

2693

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=e^{-xyz}$.

$\displaystyle f_{x} = -yz e^{-xyz},\;\;\;\; f_{y} = -xz e^{-xyz}\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; f_{z} = -xy e^{-xyz}$.

2136

Mostre que cada a equação a seguir define implicitamente pelo menos uma função diferenciável $z=z(x,y)$.
Expresse $\partial z /\partial x$ e $\partial z/\partial y$ em termos de $x$, $y$ e $z.$
$x^{3}+y^{3}+z^{3}=x+y+z$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{3x^{2} - 1}{3z^{2} - 1}$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{3y^{2} - 1}{3z^{2} - 1}.$

2650

Verifique que a função $z=\ln(e^{x}+e^{y})$ é uma solução das equações diferenciais

$$\frac{\mathrm{\partial}z}{\mathrm{\partial}x} + \frac{\mathrm{\partial}z}{\mathrm{\partial}y}=1\;\;\;\;\;\;\; e\;\;\;\;\;\;\; \frac{\mathrm{\partial}^{2}z}{\mathrm{\partial}^{2}x}+\frac{\mathrm{\partial}^{2}z}{\mathrm{\partial}^{2}y}-\bigg(\frac{\mathrm{\partial}^{2}z}{\mathrm{\partial}x\mathrm{\partial}y}\bigg)^{2}=0.$$

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial z }{\partial x} &= \frac{e^{x}}{e^{x} + e^{y}},\;\;\; \frac{\partial z }{\partial y} = \frac{e^{y}}{e^{x} + e^{y}},\\\frac{\partial^{2} z }{\partial x^{2}} &= \frac{\partial^{2} z }{\partial y^{2}} = \frac{e^{x + y}}{(e^{x} + e^{y})^{2}},\;\;\; \frac{\partial^{2} z }{\partial x \partial y} = -\frac{e^{x + y}}{(e^{x} + e^{y})^{2}}.\end{aligned}$

2661

Determine as derivadas parciais de $z=\arctan \dfrac{x}{y}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{y}{x^{2} + y^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{-x}{x^{2} + y^{2}}.$

2664

Determine as derivadas parciais de $f(x,y)=\sqrt[3]{x^{3}+y^{2}+3}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{x^{2}}{\sqrt[3]{(x^{3} + y^{3} + 3)^{2}}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{2y}{3 \sqrt[3]{(x^{3} + y^{3} + 3)^{2}}} .$

2764

Determine o maior conjunto de pontos em que a função $f(x,y) = \begin{cases}e^{\dfrac{1}{x^2 + y^2 - 1}}, & \quad \text{se } x^2 + y^2 < 1,\\0, & \quad \text{se } x^2 + y^2 \geq 1\end{cases}$ é diferenciável. Justifique.

$\mathbb{R}^{2}$.

2069

Utilize as Equações

$\dfrac{\partial z}{\partial x}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial x}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial y}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial y}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$

para determinar $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$.

$xyz=\cos(x+y+z)$

$\displaystyle \frac{dz}{dx} = \frac{yz + \sin(x + y + z)}{xy + \sin(x + y + z)}$ e $\displaystyle \frac{dz}{dy} = \frac{xz + \sin(x + y + z)}{xy + \sin(x + y + z)}.$

2699

Seja $f(x,y)=\dfrac{1}{x^{2}+y^{2}}$. Verifique que

$x\;\dfrac{\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}(x,y)+y\;\dfrac{\partial^{2} f}{\partial y \partial x}(x,y)=-3\dfrac{\partial f}{\partial x}(x,y)$
$\dfrac{\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}(x,y)+\dfrac{\partial^{2} f}{\partial y^{2}}(x,y)=\dfrac{4}{(x^{2}+y^{2})^{2}}$

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial f}{\partial x} &= -\frac{2x}{(x^{2} + y^{2})^{2}},\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} f}{\partial x^{2}}= \frac{6 x^{2} - 2y^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{3}},\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} f}{\partial y^{2}}= \frac{6 y^{2} - 2x^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{3}} \;\;\;\;\;\text{e}\\ \frac{\partial^{2} f}{\partial y\partial x} &= \frac{8xy}{(x^{2} + y^{2})^{3}}.\end{aligned}$

2129

Considere a função $F(x,y)=f\bigg(\dfrac{x}{y},\dfrac{y}{x}\bigg)$. Mostre que

$$x\dfrac{\partial F}{\partial x}+y\dfrac{\partial F}{\partial y}=0.$$

Note que$\displaystyle \frac{\partial F}{\partial x} = \frac{1}{y}\frac{\partial f}{\partial x}\left(\frac{x}{y}, \frac{y}{x} \right) - \frac{y}{x^{2}} \frac{\partial f}{\partial y}\left(\frac{x}{y}, \frac{y}{x} \right)$ e $\displaystyle \frac{\partial F}{\partial y} = -\frac{x}{y^{2}} \frac{\partial f}{\partial x}\left(\frac{x}{y}, \frac{y}{x} \right) + \frac{1}{x} \frac{\partial f}{\partial y}\left(\frac{x}{y}, \frac{y}{x} \right).$

2659

Determine as derivadas parciais de $z=xye^{xy}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = ye^{xy} (1 + xy) \;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = xe^{xy} (1 + xy).$

2647

Determine as derivadas parciais indicadas. $w=\dfrac{x}{y+2z}$; \;\;\;\;$\dfrac{\partial^{3}w}{\partial z\partial y \partial x}$, \;\;\;\;$\dfrac{\partial^{3}w}{\partial x^{2}\partial y}$.

$\displaystyle \frac{\partial^{3}w}{\partial z\partial y \partial x} = \frac{4}{(y + 2z)^{3}}\;\;\;\text{e} \;\;\;\; \frac{\partial^{3}w}{\partial x^{2}\partial y} = 0$.

2020

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t,$ onde
$$z=\sin{\theta}\cos{\phi}, \quad \theta=st^{2}, \quad \phi=s^{2}t.$$

Utilizando a Regra de Cadeia, obtemos
\begin{eqnarray*}
\frac{\partial z}{\partial s} & = & \frac{\partial z}{\partial \theta}\frac{\partial \theta}{\partial s}+\frac{\partial z}{\partial \phi}\frac{\partial \phi}{\partial s} \\
& = & (\cos{\theta}\cos{\phi})(t^2) + (\sin{\theta}(-\sin{\phi}))(2st) \\
& = & t^2\cos(st^2)\cos(s^2t) - 2st\sin(st^2)\sin(s^2t)
\end{eqnarray*}
e
\begin{eqnarray*}
\frac{\partial z}{\partial t} & = & \frac{\partial z}{\partial \theta}\frac{\partial \theta}{\partial t}+\frac{\partial z}{\partial \phi}\frac{\partial \phi}{\partial t} \\
& = & (\cos{\theta}\cos{\phi})(2st) + (\sin{\theta}(-\sin{\phi}))(s^2) \\
& = & 2st\cos(st^2)\cos(s^2t) - s^2\sin(st^2)\sin(s^2t).
\end{eqnarray*}

2669

A função $p=p(V,T)$ é dada implicitamente pela equação $pV=nRT$, onde $n$ e $R$ são constantes não-nulas (Lei dos Gases Ideais). Calcule $\dfrac{\partial p}{\partial V}$ e $\dfrac{\partial p}{\partial T}.$

$\displaystyle \frac{\partial p}{\partial V} = -\frac{nRT}{V^{2}}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial p}{\partial T} = \frac{nR}{V}.$

2646

Determine a derivada parcial indicada. $u=e^{r\theta}\sin{\theta}$; $\dfrac{\partial ^{3}u}{\partial r^{2}\partial \theta}$.

$\dfrac{\partial ^{3}u}{\partial r^{2}\partial \theta} = \theta e^{r\theta} (2\sin \theta + \theta \cos \theta + r\theta \sin \theta)$.

2021

Seja $g(x,y)=f(x^{2}+y^{2})$, onde $f:\mathbb{R}\rightarrow \mathbb{R}$ é uma função diferenciável. Mostre que
$$y\frac{\partial g}{\partial x}-x\frac{\partial g}{\partial y}=0.$$

Observe que $f$ é uma função de uma variável. Logo, utilizando a Regra da Cadeia para funções de uma variável, obtemos
$$\frac{\partial g}{\partial x}(x,y) = f'(x^2+y^2) (2x)$$
e
$$\frac{\partial g}{\partial y}(x,y) = f'(x^2+y^2) (2y).$$
Portanto
$$y\frac{\partial g}{\partial x}-x\frac{\partial g}{\partial y}=0.$$

2714

Determine uma equação do plano tangente à superfície no ponto especificado.

$z = \sqrt{xy}, \quad (1,1,1)$.

$x + y - 2z = 0$.

2749

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. $f(x,y) = e^{-xy} \cos{y}, \quad (\pi,0)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

2768

De acordo com o triângulo abaixo:

Expresse $A$ implicitamente como uma função de $a$, $b$ e $c$ e calcule $\partial A/\partial a$ e $\partial A/ \partial b.$
Expresse $a$ implicitamente como uma função de $A$, $b$ e $B$ e calcule $\partial a/ \partial A$ e $\partial a/ \partial B.$

$\displaystyle a^{2} = b^{2} + c^{2} -2bc\cos(A),\;\;\;\;\frac{\partial A}{\partial a} = \frac{a}{bc \sin (A)}\;\;\;\text{e}\;\;\;\frac{\partial A}{\partial b} = \frac{c \cos(A) - b}{bc \sin(A)}.$
$\displaystyle \frac{a}{\sin(A)} = \frac{b}{\sin(B)},\;\;\;\;\frac{\partial a}{\partial A} = \frac{a\cos(A)}{\sin(A)}\;\;\;\text{e}\;\;\;\frac{\partial a}{\partial B} = - b\csc(B) \cot(B)\sin(A).$

2752

A função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = (0,0)\\\end{cases}$ é diferenciável em $(0,0)$? Justifique.

Não.

2759

Verifique que a função $f(x,y) = x \cos{(x^2 + y^2)}$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2750

Mostre que a função $f(x,y) = xy - 5y^2$ é diferenciável achando os valores $\varepsilon_1$ e $\varepsilon_2$ que satisfaçam a Definição $7$ da Seção $14.4$ do Stewart.

$\epsilon_{1} = \Delta y$ e $\epsilon_{2} = -5\Delta y$.

2679

Seja $s = f(x,y,z,w)$ dada por $s = e^{\frac{x}{y} - \frac{z}{w}}$. Verifique que

$$x\dfrac{\partial s}{\partial x} + y \dfrac{\partial s}{\partial y} + z \dfrac{\partial s}{\partial z} + w \dfrac{\partial s}{\partial w} = 0.$$

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial s}{\partial x} &= \frac{1}{y} e^{\frac{x}{y} - \frac{z}{w}},\;\;\;\;\;\frac{\partial s}{\partial y} = -\frac{x}{y^{2}} e^{\frac{x}{y} - \frac{z}{w}},\\\frac{\partial s}{\partial z} &= -\frac{1}{w} e^{\frac{x}{y} - \frac{z}{w}}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial s}{\partial w} = \frac{z}{w^{2}} e^{\frac{x}{y} - \frac{z}{w}}.\end{aligned}$

2635

A temperatura $T$ de uma localidade do Hemisfério Norte depende da longitude $x$, da latitude $y$ e do tempo $t$, de modo que podemos escrever $T=f(x,y,t)$. Vamos medir o tempo em horas a partir do início de Janeiro.

Qual é o significado das derivadas parciais $\partial T/\partial x$, $\partial T/\partial y$ e $\partial T/\partial t$?
Honolulu (você sabe onde fica?) tem longitude de $158^{\circ}W$ e latitude de $21^{\circ}N$. Suponha que às 9 horas em $1^{\circ}$ de Janeiro esteja ventando para nordeste uma brisa quente, de forma que a oeste e a sul o ar esteja quente e a norte e leste o ar esteja mais frio. Você esperaria que $f_{x}(158,21,9)$, $f_{y}(158,21,9)$ e $f_{t}(128,21,9)$ fossem positivas ou negativas? Explique.

$\partial T/\partial x$ é a taxa de variação da temperatura quando a longitude muda, mas a latitude e o tempo são constantes;
$\partial T/\partial y$ é a taxa de variação da temperatura quando a latitude muda, mas a longitude e o tempo são constantes;
$\partial T/\partial t$ é a taxa de variação da temperatura quando o tempo muda, mas a longitude e a latitude são constantes.
$f_{x}(158,21,9) > 0,$ $f_{y}(158,21,9) < 0$ e $f_{t}(158,21,9) > 0.$

2670

Seja $z=e^{y}\phi(x-y)$, onde $\phi$ é uma função diferenciável de uma variável real. Mostre que $$\dfrac{\partial z}{\partial x}+\dfrac{\partial z}{\partial y}=z.$$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = e^{y}\phi'(x-y) \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = e^{y} \phi(x-y) -e^{y}\phi' (x-y).$

2731

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = 3x^3y - xy$ em $(1,-1,f(1,-1))$.

Plano tangente: $z = -8x + 2y + 8$

Reta normal: $(x,y,z) = \left(1,-1,-2 \right) + \lambda \left(-8,2,-1 \right)$.

2713

Determine uma equação do plano tangente à superfície no ponto especificado.

$z = 3(x-1)^2 + 2(y+3)^2 + 7, \quad (2,-2,12)$.

$z = 6x + 4y + 8$.

2668

Seja $\phi:\mathbb{R}\rightarrow \mathbb{R}$ uma função de uma variável real, diferenciável e tal que $\phi '(1)=4.$ Seja $g(x,y)=\phi\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg).$ Verifique que, para todo $(x,y)\in \mathbb{R}^{2}$, com $y\neq 0$, temos que

$$x\;\dfrac{\partial g}{\partial x}(x,y)+y\;\dfrac{\partial g}{\partial y}(x,y)=0.$$

3087

Suponha que a equação $z=f(x,y)$ seja expressa na forma polar $z=g(r,\theta)$ através da substituição $x=r\cos\theta$ e $y=r\sin\theta$.

Considere $r$ e $\theta$ como funções de $x$ e $y$ e use derivação implícita para mostrar que \[ \frac{\partial r}{\partial x} = \cos\theta \quad \text{e}\quad\frac{\partial\theta}{\partial x} =-\frac{\sin\theta}{r}.\]
Considere $r$ e $\theta$ como funções de $x$ e $y$ e use derivação implícita para mostrar que \[\dfrac{\partial r}{\partial y}=\sin\theta \quad \text{e}\quad \dfrac{\partial\theta}{\partial y}=\dfrac{\cos\theta}{r}.\]
Use os resultados anteriores para mostrar que \begin{align*} \dfrac{\partial z}{\partial x} & = \dfrac{\partial z}{\partial r}\cos\theta - \dfrac{1}{r}\dfrac{\partial z}{\partial\theta}\sin\theta \\ \dfrac{\partial z}{\partial y} & = \dfrac{\partial z}{\partial r}\sin\theta + \dfrac{1}{r}\dfrac{\partial z}{\partial\theta}\cos\theta\end{align*}
Use o resultado do item anterior para mostrar que \[ \left(\dfrac{\partial z}{\partial x}\right)^2 + \left(\dfrac{\partial z}{\partial y}\right)^2 = \left(\dfrac{\partial z}{\partial r}\right)^2 +\dfrac{1}{r^2}\left(\dfrac{\partial z}{\partial\theta}\right)^2. \]
Ainda usando o resultado do terceiro item, mostre que $z=f(x,y)$ satisfaz a equação de Laplace \[ \dfrac{\partial^2z}{\partial x^2} + \dfrac{\partial^2z}{\partial y^2}= 0, \] se, e somente se, $z=g(r,\theta)$ satisfaz a equação \[ \dfrac{\partial^2z}{\partial r^2} + \dfrac{1}{r^2}\dfrac{\partial^2z}{\partial\theta^2}+\dfrac{1}{r}\dfrac{\partial z}{\partial r} = 0. \] A última equação acima é chamada de forma polar da equação de Laplace.

2721

Determine a diferencial da função $m = p^5q^3$.

$dm = 5p^{4}q^{3} dp + 3p^{5}q^{2} dq$.

2695

Calcule todas as derivadas parciais de $2^{\underline{a}}$ ordem de $f(x,y)=x^{3}y^{2}$.

$\displaystyle \frac{\partial^{2} f}{\partial x^{2}}= 2xy^{2},\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} f}{\partial y^{2}}= 2x^{3}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} f}{\partial x\partial y}= \frac{\partial^{2} f}{\partial y\partial x}= 6x^{2}y.$

2203

Quando o tamanho das moléculas e suas forças de atração são levadas em conta, a pressão $P$, o volume $V$ e a temperatura $T$
de um mol de gás confinado estão relacionados pela {\it equação de van der Waals}
$$\bigg(P+\frac{a}{V^{2}}\bigg)(V-b)=kT,$$
em que $a$, $b$ e $k$ são constantes positivas. Se $t$ é o tempo, estabeleça uma fórmula para $\mathrm{d}T/ \mathrm{d}t$ em termos de $\mathrm{d}P/\mathrm{d} t$,
$\mathrm{d} V/\mathrm{d}t$, $P$ e $V$.

$\displaystyle \frac{dT}{dt} = \frac{1}{k} \left( \left(\frac{dP}{dt} - \frac{2a}{V^{3}} \frac{dV}{dt}\right)(V - b) + \left( P + \frac{a}{V^{2}} \right) \frac{dV}{dt} \right).$

2715

Determine uma equação do plano tangente à superfície no ponto especificado.

$z = y \ \mbox{cos}(x-y), \quad (2,2,2)$.

$z = y$.

2655

Determine as derivadas parciais de $z=\cos(xy)$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = -y\sin(xy)\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = -x\sin(xy).$

2082

Se $z=f(x,y)$, onde $x=r\cos{\theta}$ e $y=r\sin{\theta}$,

Determine $\dfrac{\partial z}{\partial r}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial \theta}.$
Mostre que $\bigg(\dfrac{\partial z}{\partial x}\bigg)^{2}+ \bigg(\dfrac{\partial z}{\partial y}\bigg)^{2}=\bigg(\dfrac{\partial z}{\partial r}\bigg)^{2}+\dfrac{1}{r^{2}}\bigg(\dfrac{\partial z}{\partial \theta}\bigg)^{2}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial r} = \cos(\theta) \frac{\partial z}{\partial x} + \sin(\theta) \frac{\partial z}{\partial y} $e$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial \theta} = -r \sin(\theta)\frac{\partial z}{\partial x} + r\cos(\theta) \frac{\partial z}{\partial y}.$
Use $(a)$ para calcular $\bigg(\dfrac{\partial z}{\partial r}\bigg)^{2}+\dfrac{1}{r^{2}}\bigg(\dfrac{\partial z}{\partial \theta}\bigg)^{2}$.

2696

Calcule todas as derivadas parciais de $2^{\underline{a}}$ ordem de $z=e^{x^{2}-y^{2}}$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial^{2} z}{\partial x^{2}} &= 2e^{x^{2} - y^{2}}(1 + 2x^{2}),\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} z}{\partial y^{2}}= 2e^{x^{2} - y^{2}}(2y^{2} - 1) \;\;\;\;\;\text{e}\\\frac{\partial^{2} z}{\partial x\partial y} &= \frac{\partial^{2} z}{\partial y\partial x}= -4xye^{x^{2} - y^{2}}.\end{aligned}$

2724

Se $z = x^2 - xy + 3y^2$ e $(x,y)$ varia de $(3;-1)$ a $(2,96;-0,95)$, compare os valores de $\Delta z$ e $dz$.

$\Delta z = -0.7189$ e $dz = -0.73$.

2725

O comprimento e a largura de um retângulo foram medidos como $30$ cm e $24$ cm, respectivamente, com um erro de medida de, no máximo, $0,1$ cm. Utilize as diferenciais para estimar o erro máximo cometido no cálculo da área do retângulo.

$\Delta A \approx 5.4$ cm$^{2}$.

2116

Se $z=f(x,y)$, onde $x=r^{2}+s^{2}$ e $y=2rs$, determine $\partial^{2}z/\partial r\partial s.$

$\displaystyle \frac{\partial^{2}z}{\partial r\partial s} = 4rs \frac{\partial^{2}z}{\partial x^{2}} + 4rs \frac{\partial^{2}z}{\partial y^{2}} + (4r^{2} + 4s^{2}) \frac{\partial^{2}z}{\partial x\partial y} + 2 \frac{\partial z}{\partial y}.$

2739

$2x + y + 3z = 6$ é a equação do plano tangente ao gráfico de $f(x,y)$ no ponto $(1,1,1)$.

Calcule $\dfrac{\partial f}{\partial x}(1,1)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(1,1)$.
Determine a equação da reta normal no ponto $(1,1,1).$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} (1,1) = -\frac{2}{3}$ e $\displaystyle \frac{\partial f}{\partial y} (1,1) = -\frac{1}{3}.$
$(x,y,z) = (1,1,1) + \lambda (2,1,3)$.

2035

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t.$

$z=\tan(u/v)$, $u=2s+3t$, $v=3s-2t$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial s} = \frac{2u - 3v}{v^{2}} \sec^{2}\left(\frac{u}{v} \right)$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial t} = \frac{2u + 3v}{v^{2}} \sec^{2}\left(\frac{u}{v} \right))$.

2734

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = xy$ em $\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, f\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}\right)\right)$.

Plano tangente: $4z = 2x + 2y - 1$\\

Reta normal: $(x,y,z) = \left(\frac{1}{2}, \frac{1}{2}, \frac{1}{4} \right) + \lambda \left(\frac{1}{2},\frac{1}{2},-1 \right)$.

2118

Calcule $\mathrm{d} z/\mathrm{d} t$ por dois processos:

substituindo as expressões para $x(t)$ e $y(t)$ em $z$ e depois derivando diretamente com relação a $t$
aplicando a Regra da Cadeia: $\frac{dz}{dt}=\frac{\partial z}{\partial x}\frac{dx}{dt}+\frac{\partial z}{\partial y }\frac{dy}{dt}$.

$z=x^{2}+3y^{2}$,$x=\sin{t}$ e $y=\cos{t}.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt} (t) = -4\sin(t)\cos(t).$

2206

Se $z=f(x,y)$ com $x=u+v$ e $y=u-v$, demonstre que
$$\frac{\partial z}{\partial u}+\frac{\partial z}{\partial v}=2 \frac{\partial f}{\partial x}.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial u} = \frac{\partial f}{\partial x} + \frac{\partial f}{\partial y}$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial v} = \frac{\partial f}{\partial x} - \frac{\partial f}{\partial y}.$

2032

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t.$

$z=\arcsin(x-y)$, $x=s^{2}+t^{2}$, $y=1-2st$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial s} = \displaystyle \frac{\partial z}{\partial t} = \frac{2s + 2t}{\sqrt{1 - (x - y)^{2}}}$.

2727

Se $R$ é a resistência equivalente de três resistores conectados em paralelo, com resistências $R_1, R_2, R_3$, então

$$\dfrac{1}{R} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} + \dfrac{1}{R_3}.$$

Se as resistências medem, em ohms, $R_1 = 25 \Omega$, $R_2 = 40 \Omega$, $R_3 = 50 \Omega$, com margem de erro de $0,5\%$ em cada uma, estime o erro máximo no valor calculado de $R$.

$\Delta R \approx 0.059 \Omega$.

2740

Considere a função $f(x,y) = x \ \phi\left(\frac{x}{y}\right)$, em que $\phi(u)$ é uma função derivável de uma variável. Mostre que os planos tangentes ao gráfico de $f$ passam pela origem.

Note que $x \frac{\partial f}{\partial x} (x,y) + y \frac{\partial f}{\partial y}(x,y) = f(x,y).$

2722

Determine a diferencial da função $R = \alpha\beta^2 \cos{\lambda}$.

$dR = \beta^{2} \cos(\gamma) d\alpha + 2\gamma \beta \cos (\gamma) d\beta - \alpha \beta^{2} \sin(\gamma) d\gamma$.

2030

Use a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{d}z/\mathrm{d} t$ ou $\mathrm{d}w/ \mathrm{d}t.$

$w=xe^{y/z}$, $x=t^{2}$, $y=1-t$, $z=1+2t$.

$\displaystyle \frac{dw}{dt} = e^{\frac{y}{z}} \left(2t - \frac{x}{z} - \frac{2xy}{z^{2}} \right).$

2133

Mostre que cada a equação a seguir define implicitamente pelo menos uma função diferenciável $y=y(x).$
Expresse $\mathrm{d} y/\mathrm{d} x$ em termos de $x$ e $y.$
$x^{2}y+\sin(y)=x$

$\displaystyle \frac{d y}{d x} = -\frac{2xy - 1}{x^{2} + \cos(y)}.$

2676

Calcule as derivadas parciais de $f(x,y,z) = \sin{(x^2 + y^2 + z^2)}$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial f}{\partial x} &= 2x \cos (x^{2} + y^{2} + z^{2}),\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 2y \cos (x^{2} + y^{2} + z^{2}) \;\;\;\;\;\text{e}\\\frac{\partial f}{\partial z} &= 2z \cos (x^{2} + y^{2} + z^{2}).\end{aligned}$

2667

Seja $\phi:\mathbb{R}\rightarrow \mathbb{R}$ uma função de uma variável real, diferenciável e tal que $\phi '(1)=4.$ Seja $g(x,y)=\phi\bigg(\dfrac{x}{y}\bigg).$ Calcule

$\dfrac{\partial g}{\partial x}(1,1)$.
$\dfrac{\partial g}{\partial y}(1,1)$.

$\displaystyle \frac{\partial g}{\partial x} = \frac{1}{y} \phi'\left( \frac{x}{y} \right)$
$\displaystyle \frac{\partial g}{\partial y} = -\frac{x}{y^{2}} \phi' \left( \frac{x}{y} \right).$

2648

São mostradas as curvas de nível de uma função $f.$ Determine se as seguintes derivadas parciais são positivas ou negativas no ponto $P.$

$f_{x}$
$f_{xx}$
$f_{yy}$$f_{y}$
$f_{xy}$

Negativa
Positiva
Positiva
Negativa
Positiva

2651

A lei dos gases para uma massa fixa $m$ de um gás ideal à temperatura absoluta $T$, pressão $P$ e o volume $V$ é $PV=mRT$, onde $R$ é a constante do gás. Mostre que

$$\frac{\mathrm{\partial}P}{\mathrm{\partial}V}\frac{\mathrm{\partial}V}{\mathrm{\partial}T}\frac{\mathrm{\partial}T}{\mathrm{\partial}P}=-1.$$

$\displaystyle \frac{\partial P}{\partial V} = -\frac{mRT}{V^{2}},\;\;\;\frac{\partial V}{\partial T} = \frac{mR}{P}\;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial T}{\partial P} = \frac{V}{mR}.$

2642

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $u=x^{y/z}$.

$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial x} = \frac{y}{z} x^{(y/z) - 1},\;\;\; \frac{\partial u}{\partial y} = x^{y/z} \ln x \;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial u}{\partial z} = - \frac{yx^{y/z}}{z^{2}} \ln x$.

2738

$z = 2x + y$ é a equação do plano tangente ao gráfico de $f(x,y)$ no ponto $(1,1,3)$. Calcule $\dfrac{\partial f}{\partial x}(1,1)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(1,1).$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} (1,1) = 2$ e $\displaystyle \frac{\partial f}{\partial y} (1,1) = 1.$

3086

Dado que $\displaystyle x^3+y^2x-3=0$, determine $\dfrac{dy}{dx}$ usando derivação implícita.

Derivando implicitamente a equação dada, temos que $3x^2+y^2+x(2yy')-0=0$. Ou seja,

\[ \frac{dy}{dx}= -\frac{3x^2+y^2}{2xy}.\]

2199

Se $f(u,v,w)$ é diferenciável, $u=x-y$, $v=y-z$ e $w=z-x$, mostre que
$$\frac{\partial f}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial y}+\frac{\partial f}{\partial z}=0.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial f}{\partial u} - \frac{\partial f}{\partial w}, $$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial y} = -\frac{\partial f}{\partial u} + \frac{\partial f}{\partial v}$ e $\displaystyle \frac{\partial f}{\partial z} = -\frac{\partial f}{\partial v} + \frac{\partial f}{\partial w}.$

3083

A resistência total $R$ de três resistores $R_1$, $R_2$ e $R_3$ ligados em paralelo é dada por \[ \frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}. \] Suponha que $R_1$, $R_2$ e $R_3$ tenham sido medidos como $100\ \Omega$, $200\ \Omega$ e $300\ \Omega$, respectivamente, com um erro máximo de $10\%$ em cada um e sendo $\Omega$(Ohm) a unidade de medida no sistema internacional de unidades. Use diferenciais para aproximar o erro percentual máximo no valor calculado de $R$.

2698

Calcule todas as derivadas parciais de $2^{\underline{a}}$ ordem de $g(x,y)=4x^{3}y^{4}+y^{3}$.

$\displaystyle \frac{\partial^{2} g}{\partial x^{2}}= 24xy^{2},\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} g}{\partial y^{2}}= 48x^{3} y^{2} \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} g}{\partial x\partial y}= \frac{\partial^{2} g}{\partial y\partial x}= 48x^{2}y^{3}.$

2736

Determine a equação dos planos tangentes ao gráfico de $f(x,y) = - x^2 - y^2$ que passam por ambos os pontos $(1,0,7)$ e $(3,0,3)$.

$2x + 2y + z = 9$ e $2x - 2y + z = 9.$

2128

Seja $z=f(u-v,v-u)$. Verifique que
$$\frac{\partial z}{\partial u}+\frac{\partial z}{\partial v}=0.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial u}(u,v) = \frac{\partial f}{\partial x}(u-v,v-u) - \frac{\partial f}{\partial y}(u-v,v - u)$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial v}(u,v) = -\frac{\partial f}{\partial x}(u-v,v-u) + \frac{\partial f}{\partial y}(u-v,v - u).$

2198

Encontre $\partial w/ \partial r$ quando $r=1$, $s=-1$ se $w=(x+y+z)^{2}$, $x=r-s$, $y=\cos(r+s)$, $z=\sin(r+s).$

$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial r}(x(1,-1),y(1,-1),z(-1,1)) = 12.$

2639

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $f(x,y)=\dfrac{x-y}{x+y}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{2y}{(x + y)^{2}}\;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = -\frac{2x}{(x + y)^{2}}$.

2705

Considere a função

$$f(x,y)= \begin{cases}\dfrac{xy^{2}}{x^{2}+y^{4}}, & \quad \text{se } (x,y)\neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y)=(0,0).\\\end{cases}$$

A função é contínua em $(0,0)$? Justifique sua resposta.
Determine as derivadas parciais $\dfrac{\partial f}{\partial x}(0,0)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(0,0)$.

Não, pois $\lim_{(x,y) \to (0,0)} f(x,y)$ não existe.
$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) = \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) = 0$.

2753

A função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{x^2y}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = (0,0)\\\end{cases}$ é diferenciável em $(0,0)$? Justifique.

Não.

2137

A função diferenciável $z=z(x,y)$ é dada implicitamente pela equação $f\bigg(\dfrac{x}{y},z\bigg)=0$, onde
$f(u,v)$ é suposta diferenciável e $\dfrac{\partial f}{\partial v}(u,v)\neq 0$. Verifique que
$$x\frac{\partial z}{\partial x}+y\dfrac{\partial z}{\partial y}=0.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = - \frac{1}{y} \frac{\partial f}{\partial u} \left(\frac{x}{y},z \right)\left(\frac{\partial f}{\partial v}\left(\frac{x}{y},z \right)\right)^{-1}$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x}{y^{2}} \frac{\partial f}{\partial u} \left(\frac{x}{y},z \right)\left(\frac{\partial f}{\partial v}\left(\frac{x}{y},z \right)\right)^{-1}$.

2732

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = xe^{x^2 - y^2}$ em $(2,2,f(2,2))$.

Plano tangente: $z = 9x - 8y$

Reta normal: $(x,y,z) = \left(2,2,2 \right) + \lambda \left(9,-8,-1 \right)$.

2649

Verifique que a função $u=1/\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}}$ é uma solução da equação de Laplace tridimensional $u_{xx}+u_{yy}+u_{zz}=0.$

$\displaystyle u_{xx} = \frac{2x^{2} - y^{2} - z^{2}}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{5/2}},\;\;\; u_{yy} = \frac{2y^{2} - x^{2} - z^{2}}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{5/2}}\;\;\;\text{e}\;\;\;u_{zz} = \frac{2z^{2} - x^{2} - y^{2}}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{5/2}}$.

2132

Seja $g(t)=f(3t^{2},t^{3},e^{2t})$ e suponha $\dfrac{\partial f}{\partial z}(0,0,1)=4.$

Expresse $g^{'}(t)$ em termos das derivadas parciais de $f.$
Calcule $g^{'}(0).$

$\displaystyle g^{'}(t) = 6t \frac{\partial f}{\partial x}(3t^{2},t^{3},e^{2t}) + 3t^{2} \frac{\partial f}{\partial y}(3t^{2},t^{3},e^{2t}) + 2e^{2t} \frac{\partial f}{\partial z}(3t^{2},t^{3},e^{2t}).$
$g^{'}(0) = 8.$

2633

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $f(x,y)=\displaystyle\int_{y}^{x}\cos^2t \ \mathrm{d}t$.

Sendo $f(x,y)=\displaystyle\int_{y}^{x}\cos (t^{2})\,dt$, temos que as derivadas parciais em relação a $x$ e $y$, respectivamente, são:

$\bullet \dfrac{\partial}{\partial x}f(x,y)=\dfrac{\partial}{\partial x}\bigg(\displaystyle\int_{y}^{x}\cos(t^{2})\bigg)=\cos(x^{2}).$

$\bullet \dfrac{\partial}{\partial y}f(x,y)=\dfrac{\partial}{\partial y}\bigg(\displaystyle\int_{y}^{x}\cos(t^{2})\bigg)=\dfrac{\partial}{\partial y}\bigg(-\displaystyle\int_{x}^{y}\cos(t^{2})\bigg)=-\cos(y^{2}).$

Notemos que nas soluções das derivadas parciais acima utilizamos o Teorema Fundamental do Cálculo.

2026

Use a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{d}z/\mathrm{d} t$ ou $\mathrm{d}w/ \mathrm{d}t.$

$z=x^{2}y+xy^{2}$, $x=2+t^{2}$, $y=1-t^{3}$.

$\displaystyle \frac{dz}{dt} = 4(2xy + y^{2} )^{3} - 3 (x^{2} + 2xy)t^{2}.$

2186

Encontre os valores de $\partial z/ \partial x$ e $\partial z/\partial y$ no ponto indicado.
$z^{3}-xy+yz+y^{3}-2=0$, $(1,1,1).$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}(1,1,1) = \frac{1}{4}$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}(1,1,1) = -\frac{3}{4}.$

2717

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. A seguir, encontre a linearização $L(x,y)$ da função naquele ponto. $f(x,y) = \dfrac{x}{x+y}, \quad (2,1)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

$L(x,y) = \frac{1}{9}x - \frac{2}{9}y + \frac{2}{3}$.

2755

Verifique que a função $f(x,y) = e^{x - y^2}$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2761

Determine o maior conjunto de pontos em que a função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{xy}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = (0,0)\end{cases}$ é diferenciável. Justifique.

$\mathbb{R}^{2} \setminus \left\lbrace (0,0) \right\rbrace$.

2184

No item abaixo:

expresse $\partial w/\partial u$ e $\partial w/ \partial v$ como funções de $u$ e $v$, usando a Regra da Cadeia e também expressando $w$ diretamente em termos e $u$ e $v$ antes de diferenciar;
calcule $\partial w/\partial u$ e $\partial w/ \partial v$ no ponto dado $(u,v)$.

$w=xy+yz+xz$, $x=u+v$, $y=u-v$, $z=uv$; $(u,v)=(1/2,1).$

$\displaystyle w(u,v) = u^{2} - v^{2} + 2u^{2}v,$$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial u}(u,v) = 2u + 4uv$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial v}(u,v) = -2v + 2u^{2}.$
$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial u}(-2,0) = 3$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial v}(-2,0) = -\frac{3}{2}.$

2036

Seja $W(s,t)=F(u(s,t),v(s,t))$, onde $F$, $u$ e $v$ são diferenciáveis, e $u(1,0)=2$, $u_{s}(1,0)=-2$, $u_{t}(1,0)=6$, $F_{u}(2,3)=-1$, $v(1,0)=3$, $v_{s}(1,0)=5$, $v_{t}(1,0)=4$, $F_{v}(2,3)=10.$ Determine $W_{s}(1,0)$ e $W_{t}(1,0).$

$W_{s}(1,0) = 52$ e $W_{t}(1,0) = 34.$

2758

Verifique que a função $f(x,y) = \ln{(1 + x^2 + y^2)}$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2765

Use a derivação implicíta para determinar $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$ na expressão $x-z=\arctan(yz)$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1 + y^{2}z^{2}}{1 + y + y^{2}z^{2}}$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{z}{1 + y + y^{2}z^{2}}$.

3154

A fórmula de Taylor de primeira ordem para $f(\vec{a} + \vec{v})$ pode ser escrita como $ f(\vec{a}) + \nabla f(\vec{a}) \cdot \vec{v}$, já desconsiderando o termo de erro. Calcule-a para $f(x,y) = x^2 + y^2$, $\vec{a} = (1,0)$ e $\vec{v} = (2,1)$. Calcule também o erro cometido, dizendo se é um erro pequeno ou grande e por quê.

2733

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = \arctan{(x - 2y)}$ em $\left(2, \dfrac{1}{2},f\left(2,\dfrac{1}{2}\right)\right)$.

Plano tangente: $4z = 2x - 4y + (\pi - 2)$

Reta normal: $(x,y,z) = \left(2,\frac{1}{2},\frac{\pi}{4} \right) + \lambda \left(\frac{1}{2},-1,-1 \right)$.

2126

Admita que, para todo $(x,y)$,

$$4y\frac{\partial f}{\partial x}(x,y)-x\frac{\partial f}{\partial y}(x,y)=0.$$

Prove que $f$ é constante sobre a elipse $\dfrac{x^{2}}{4}+y^{2}=1.$

Note que $\displaystyle \frac{dz}{dt} \left(t \right) = 0,$ para $z = f(x,y),$ $x = t$ e $\displaystyle y = \pm \sqrt{1 - \frac{t^{2}}{4}}.$

2729

Determine as equações do plano tangente e da reta normal ao gráfico da função dada, no ponto dado. $f(x,y) = 2x^2y$ em $(1,1,f(1,1))$.

Plano tangente: $z = 4x + 2y - 4$

Reta normal: $(x,y,z) = \left(1,1,2 \right) + \lambda \left(4,2,-1 \right)$.

3155

A fórmula de Taylor de primeira ordem para $f(\vec{a} + \vec{v})$ pode ser escrita como $ f(\vec{a}) + \nabla f(\vec{a}) \cdot \vec{v}$, já desconsiderando o termo de erro. Calcule-a para $f(x,y) = x^2/2 + y$, $\vec{a} = (0,0)$ e $\vec{v} = (1/2,1/2)$. Calcule também o erro cometido, dizendo se é um erro pequeno ou grande e por quê.

2673

Calcule as derivadas parciais de $f(x,y,z) = xe^{x - y - z}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = (1 + x)e^{x - y - z},\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = -x e^{x - y - z}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\;\frac{\partial f}{\partial z} = -x e^{x - y - z}.$

2042

Utilize a Regra da Cadeia para determinar as derivadas parciais indicadas.
$Y=w\tan^{-1}(uv)$, $u=r+s$, $v=s+t$; $w=t+r$
$\dfrac{\partial Y}{\partial r}$, $\dfrac{\partial Y}{\partial s}$, $\dfrac{\partial Y}{\partial t}$ quando $r=1$, $s=0$, $t=1$.

$\displaystyle \frac{\partial Y}{\partial r} = 1 + \frac{\pi}{4}$ ,$\dfrac{\partial Y}{\partial s} = 2$, $\displaystyle \dfrac{\partial Y}{\partial t} = 1 + \frac{\pi}{4}.$

2754

A função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{x^4}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = (0,0)\\\end{cases}$ é diferenciável em $(0,0)$? Justifique.

Sim.

2742

Determine os planos que são tangentes ao gráfico de $f(x,y) = x^2 + y^2$ e que contenham a interseção dos planos $x + y + z = 3$ e $z = 0$.

$z = 0$ e $z = 6x + 6y - 18.$

2125

Admita que, para todo $(x,y)$,

$$4y\frac{\partial f}{\partial x}(x,y)-x\frac{\partial f}{\partial y}(x,y)=2.$$

Calcule $g^{'}(t)$, sendo $g(t)=f(2\cos{t},\sin{t})$.

$g^{'}(t) = -1.$

2204

Suponha que $u=f(x,y)$ e $v=g(x,y)$ verifiquem as equações de Cauchy- Riemann $u_{x}=v_{y}$ e $u_{y}=-v_{x}$. Se $x=r\cos{\theta}$ e
$y=r\sin{\theta}$, mostre que
$$\frac{\partial u}{\partial r}=\frac{1}{r}\frac{\partial v}{\partial \theta} \text{ e } \frac{\partial v}{\partial r}=-\frac{1}{r}\frac{\partial u}{\partial \theta}.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial u}{\partial r} = \cos(\theta) u_{x} + \sin (\theta) u_{y},$ $\displaystyle \frac{\partial v}{\partial r} = \cos(\theta) v_{x} + \sin (\theta) v_{y},$
$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial \theta} = -r\sin(\theta) u_{x} + r \cos(\theta) u_{y}$ e $\displaystyle \frac{\partial v}{\partial \theta} = - r\sin(\theta) v_{x} + r \cos(\theta) v_{y}$.

2688

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=(x^{2}+y^{2}+z^{2})^{-1/2}$.

$\begin{aligned}[t]f_{x} &= -x(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{-3/2},\;\; f_{y} = -y(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{-3/2}\;\;\text{e}\\f_{z} &= -z(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{-3/2}.\end{aligned}$

2121

Expresse $\partial z/\partial t$ em termos das derivadas parciais de $f$, sendo $z=f(x,y)$ e $x=t^{2}$ e $y=3t.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt} (t) = 2t \frac{\partial f}{\partial x}(t^{2},3t) + 3 \frac{\partial f}{\partial y}(t^{2},3t).$

2654

Determine as derivadas parciais de $f(x,y)=5x^{4}y^{2}+xy^{3}+4$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 20x^{3}y^{2} + y^{3}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 10x^{4}y + 3xy^{2}.$

2134

Mostre que cada a equação a seguir define implicitamente pelo menos uma função diferenciável $y=y(x).$
$y^{4}+x^{2}y^{2}+x^{4}=3$

$\displaystyle \frac{d y}{d x} = - \frac{2xy^{2} + 4x^{3}}{4y^{3} + 2x^{2}y}.$

2751

Considere a função

$$f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{xy}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = (0,0).\\\end{cases}$$

Mostre que $f_x(0,0)$ e $f_y(0,0)$ existem, mas $f$ não é diferenciável em $(0,0)$.

$f_{x}(0,0) = f_{y}(0,0) = 0,$ mas $\lim_{(x,y) \to (0,0)} f(x,y)$ não existe, logo $f$ é discontínua em $(0,0)$ e portanto não é diferenciável neste ponto.

2081

O comprimento $l$, a largura $w$ e a altura $h$ de uma caixa variam com o tempo. Em certo instante, as dimensões da caixa são $l=1m$ e $w=h=2m$. $l$ e $w$ aumentam a uma taxa de $2m/s$, ao passo que $h$ diminui a uma taxa de $3m/s$. Nesse instante, determine as taxas nas quais as seguintes quantidades estão variando.

O volume.
A área da superfície.
O comprimento da diagonal.

$6$ m$^3$/s.
$10$ m$^2$/s.
$0$ m/s.

2663

Determine as derivadas parciais de $z=(x^{2}+y^{2})\ln(x^{2}+y^{2})$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = 2x(1 + \ln(x^{2} + y^ {2}))\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = 2y(1 + \ln(x^{2} + y^ {2})).$

3088

Mostre que se $f$, $f_x$ e $f_y$ são contínuas numa região circular contendo os pontos $A=(x_0,y_0)$ e $B=(x_1,y_1)$, então existe um ponto $(x^\ast,y^\ast)$ no segmento que une $A$ e $B$ tal que \[ f(x_1,y_1)-f(x_0,y_0) = f_x(x^\ast,y^\ast)(x_1-x_0)+f_y(x^\ast,y^\ast)(y_1-y_0). \] Este resultado é a versão bidimensional do Teorema do Valor Médio. [Sugestão: expresse o segmento de reta unindo $A$ e $B$ na forma paramétrica e use o Teorema do Valor Médio para funções de uma variável.]

2185

No item abaixo:

expresse $\partial w/\partial u$ e $\partial w/ \partial v$ como funções de $u$ e $v$, usando a Regra da Cadeia e também expressando $w$ diretamente em termos e $u$ e $v$ antes de diferenciar;
calcule $\partial w/\partial u$ e $\partial w/ \partial v$ no ponto dado $(u,v)$.

$w=\ln(x^{2}+y^{2}+z^{2})$, $x=ue^{v}\sin{u}$, $y=ue^{v}\cos{u}$, $z=ue^{v}$; $(u,v)=(-2,0).$

$\displaystyle w(u,v) = \ln(2) + 2\ln(u) + 2v,$$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial u}(u,v) = \frac{2}{u}$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial v}(u,v) = 2.$
$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial u}(-2,0) = -1$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial v}(-2,0) = 2.$

2662

Determine as derivadas parciais de $g(x,y)=x^{y}$.

$\displaystyle \frac{\partial g}{\partial x} = yx^{y - 1}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial g}{\partial y} = x^{y} \ln x.$

2769

Considere a superfície dada implicitamente por

$$x^{2}+2y^{2}+2z^{2}=-4xyz.$$

Calcule as derivadas $\dfrac{\partial z}{\partial x}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial y}$ em um ponto genérico.
Quais os pontos nos quais as derivadas parciais calculadas no item anterior não estão definidas?

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{x + 2yz}{2(z + xy)} \;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = -\frac{y + xz}{z + xy}.$
$\left\lbrace (x,y,z) \in \mathbb{R}^{3};\; z = -xy \right\rbrace$.

2687

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=x-\sqrt{y^{2}+z^{2}}$.

$\displaystyle f_{x} = 1,\;\;\;\; f_{y} = -\frac{y}{\sqrt{y^{2} + z^{2}}}\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; f_{z} = -\frac{z}{\sqrt{y^{2} + z^{2}}}$.

2652

Disseram-lhe que existe uma função $f$ cujas derivadas parciais são \[f_{x}(x,y)=x+4y \quad \mbox{e} \quad f_{y}(x,y)=3x-y,\] e cujas derivadas parciais de segunda ordem são contínuas. Você deve acreditar nisso?

Não, pois pelo Teorema de Clairaut deveria ser verdade que $f_{xy} = f_{yx},$ mas temos $f_{xy} = 4 \neq 3 = f_{yx}.$

2040

Utilize a Regra da Cadeia para determinar as derivadas parciais indicadas.
$z=x^{2}+xy^{3}$, $x=uv^{2}+w^{3}$, $y=u+ue^{w}$;
$\dfrac{\partial z}{\partial u}$, $\dfrac{\partial z}{\partial v}$, $\dfrac{\partial z}{\partial w}$ quando $u=2$, $v=1$, $w=0$.

$\dfrac{\partial z}{\partial u} = 85$, $\dfrac{\partial z}{\partial v} = 178$, $\dfrac{\partial z}{\partial w} = 54.$

2197

Encontre os valores de $\partial z/ \partial x$ e $\partial z/\partial y$ no ponto indicado.
$\dfrac{1}{x}+\dfrac{1}{y}+\dfrac{1}{z}-1=0$, $(2,3,6).$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}(2,3,6) = -9$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x}(2,3,6) = -4.$

2130

$f(t)$ e $g(x,y)$ são funções diferenciáveis tais que $g(t,f(t))=0$ para todo $t$. Suponha $f(0)=1$,
$\dfrac{\partial g}{\partial x}(0,1)=2$ e $\dfrac{\partial g}{\partial y}(0,1)=4$. Determine a equação da reta tangente a $\gamma(t)=(t,f(t))$,
no ponto $\gamma(0).$

$\displaystyle (x,y) = (0,1) + \lambda \left(1, - \frac{1}{2}\right),$ $\lambda \in \mathbb{R}.$

2748

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. $f(x,y) = \dfrac{x}{x+y}, \quad (2,1)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

2700

Verifique que $\dfrac{\partial ^{2}f}{\partial x^{2}}+\dfrac{\partial ^{2}f}{\partial y^{2}}=0$, onde $f(x,y)=\ln(x^{2}+y^{2}).$

$\displaystyle \frac{\partial^{2} f}{\partial x^{2}}= \frac{2 y^{2} - 2 x^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} f}{\partial y^{2}}= \frac{2 x^{2} - 2 y^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}.$

2760

Verifique que a função $f(x,y) = \arctan{xy}$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2702

Seja $f(x,y)=\dfrac{x^{2}y^{2}}{x^{2}+y^{2}}.$

Calcule as derivadas parciais $\dfrac{\partial f}{\partial x}(x,y)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(x,y)$, num ponto $(x,y)\neq\;(0,0).$
Calcule o limite, se existir.
$$\lim_{(x,y)\rightarrow (0,0)}\frac{\partial f}{\partial x}(x,y)$$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{2xy^{4}}{(x^{2} + y^{2})^{2}} \;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{2x^{4}y}{(x^{2} + y^{2})^{2}}$.
$\displaystyle \lim_{(x,y)\rightarrow (0,0)}\frac{\partial f}{\partial x}(x,y) = 0$.

2115

Mostre que qualquer função da forma
$$z=f(x+at)+g(x-at)$$
é uma solução da equação de onda
$$\frac{\partial^{2} z}{\partial t^{2}}=a^{2}\frac{\partial^{2}z}{\partial x^{2}}.$$
(Sugestão: Tome $u=x+at$, $v=x-at$.)

Note que se $u = x + at$ e $v = x - at,$ então $\displaystyle \frac{\partial^{2} z}{\partial t^{2}} = a^{2}f''(u) + a^{2} g''(v)$e\\$\displaystyle \frac{\partial^{2} z}{\partial x^{2}} = f''(u) + g''(v).$

2117

Calcule $\mathrm{d} z/\mathrm{d} t$ por dois processos:

substituindo as expressões para $x(t)$ e $y(t)$ em $z$ e depois derivando diretamente com relação a $t$
aplicando a Regra da Cadeia: $\frac{dz}{dt}=\frac{\partial z}{\partial x}\frac{dx}{dt}+\frac{\partial z}{\partial y }\frac{dy}{dt}$.

$z=\sin(xy)$, $x=3t$ e $y=t^{2}.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt} (t) = 9t^{2}\cos(3t^{3}).$

2726

Utilize as diferenciais para estimar a quantidade de estanho em uma lata cilíndrica fechada com $8$ cm de diâmetro e $12$ cm de altura se a espessura da folha de estanho for de $0,04$ cm.

Para $V = \pi r^{2}h$ o volume da lata de raio $r$ e altura $h,$ temos $\Delta V \approx 16$ cm$^{3}.$

2070

Utilize as Equações

$\dfrac{\partial z}{\partial x}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial x}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$ e $\dfrac{\partial z}{\partial y}=-\dfrac{\dfrac{\partial F}{\partial y}}{\dfrac{\partial F}{\partial z}}$

para determinar $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$.

$yz=\ln(x+z)$

$\displaystyle \frac{dz}{dx} = \frac{1}{y(x+z)-1}$ e $\displaystyle \frac{dz}{dy} = \frac{z(x+z)}{y(x+z)-1}.$

2745

Mostre que o plano tangente ao parabolóide $z = x^2 + y^2$ no ponto $(1,2,5)$ intercepta o plano $xy$ na reta

$$\begin{cases}2x + 4y - 5 = 0 \\z = 0\end{cases}.$$

Note que o plano tangente no ponto $(1,2,5)$ é $z = 2x + 4y - 5$.

2710

Determine o plano que é paralelo ao plano $z = 2x + 3y$ e tangente ao gráfico de $f(x,y) = x^2 + xy$.

Considere

$$z-f(x_{0},y_{0})=\frac{\partial f}{\partial x}(x_{0},y_{0})(x-x_{0})+\frac{\partial f}{\partial y}(x_{0},y_{0})(y-y_{0})$$

o plano tangente ao gráfico de $f$. Assim,

$$z=\frac{\partial f}{\partial x}(x_{0},y_{0})\cdot x+\frac{\partial f}{\partial y}(x_{0},y_{0})\cdot y+\bigg[ f(x_{0},y_{0})-\frac{\partial f}{\partial x}(x_{0},y_{0})\cdot x_{0}-\frac{\partial f}{\partial y}(x_{0},y_{0})\cdot y_{0}\bigg].$$

Como tal plano é paralelo ao plano $z=2x+3y$, obtemos que

$$\frac{\partial f}{\partial x}(x_{0},y_{0})=2\;\;\;\;\;\;\; \mbox{e}\;\;\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y}(x_{0},y_{0})=3.$$

Notemos que

$$\frac{\partial f}{\partial x}(x,y)=2x+y\;\;\;\;\;\;\; \mbox{e} \;\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y}(x,y)=x.$$

Assim, temos o seguinte sistema de equações

$$\left \{\begin{array}{cc}2x_{0}+y_{0}=2 \\x_{0}=3\\\end{array}\right.$$

Logo, $x_{0}=3$ e $y_{0}=-4.$ A partir desses valores temos que $f(x_{0},y_{0})=-3$, $\dfrac{\partial f}{\partial x}(x_{0},y_{0})\cdot x_{0}=6$ e

$\dfrac{\partial f}{\partial y}(x_{0},y_{0})\cdot y_{0}=-12.$ Portanto, o plano desejado tem equação

$$z=2x+3y-3-6+12,$$

ou seja,

$$z=2x+3y+3.$$

2697

Calcule todas as derivadas parciais de $2^{\underline{a}}$ ordem de $z=\ln(1+x^{2}+y^{2})$.

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial^{2} z}{\partial x^{2}} &= \frac{2 + 2y^{2} - 2x^{2}}{(1 + x^{2} + y^{2})^{2}},\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} z}{\partial y^{2}}= \frac{2 + 2x^{2} - 2y^{2}}{(1 + x^{2} + y^{2})^{2}} \;\;\;\;\;\text{e}\\\frac{\partial^{2} z}{\partial x\partial y} &= \frac{\partial^{2} z}{\partial y\partial x}= \frac{-4xy}{(1 + x^{2} + y^{2})^{2}}.C\end{aligned}$

2674

Calcule as derivadas parciais de $w = x^2 \arcsin{\dfrac{y}{z}}$.

$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial x} = 2x \arcsin \left( \frac{t}{z}\right),\;\;\;\; \frac{\partial w}{\partial y} = \frac{x^{2}|z|}{z\sqrt{z^{2} - y^{2}}} \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\;\frac{\partial w}{\partial z} = - \frac{x^{2}y}{|z|\sqrt{z^{2} - y^{2}}}.$

2692

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=e^{-(x^{2}+y^{2}+z^{2})}$.

$\displaystyle f_{x} = -2xe^{-(x^{2} + y^{2} + z^{2})},\;\;\;\; f_{y} = -2ye^{-(x^{2} + y^{2} + z^{2})}\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; f_{z} = -2ze^{-(x^{2} + y^{2} + z^{2})}$.

2747

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. $f(x,y) = x\sqrt{y}, \quad (1,4)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

2131

$f(x,y,z)$ e $g(x,y)$ são funções diferenciáveis tais que, para todo $(x,y)$ no domínio de $g,f(x,y,g(x,y))=0$.
Suponha $g(1,1)=3$, $\dfrac{\partial f}{\partial x}(1,1,3)=2$, $\dfrac{\partial f}{\partial y}(1,1,3)=5$ e $\dfrac{\partial f}{\partial z}(1,1,3)=10.$
Determine a equação do plano tangente ao gráfico de $g$ no ponto $(1,1,3).$

$\displaystyle z - 3 = -\frac{1}{5}(x - 1) - \frac{1}{2} (y-1).$

2675

Calcule as derivadas parciais de $w = \dfrac{xyz}{x + y + z}$.

$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial x} = \frac{yz(y+z)}{(x+y+z)^{2}},\;\;\;\; \frac{\partial w}{\partial y} = \frac{xz(x+z)}{(x+y+z)^{2}}\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\;\frac{\partial w}{\partial z} = \frac{xy(x+y)}{(x+y+z)^{2}}.$

2390

A função diferenciável $z = f(x,y)$ é dada implicitamente pela equação $x^3 + y^3 + z^3 = 10$. Determine a equação do plano tangente ao gráfico de $f$ no ponto $(1,1,f(1,1))$.

$x + y + 4z = 10.$

2766

Use a derivação implicíta para determinar $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$ na expressão $\sin(xyz)=x+2y+3z$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{1 - yz \cos(xyz)}{xy\cos(xyz) - 3}$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2 - xz \cos(xyz)}{xy\cos(xyz) - 3} $.

2039

Utilize um diagrama em árvore para escrever a Regra da Cadeia para o caso dado. Suponha que todas as funções sejam diferenciáveis.

$t=f(u,v,w)$, onde $u=u(p,q,r,s)$, $v=v(p,q,r,s)$, $w=w(p,q,r,s)$.

$\displaystyle \frac{\partial t}{\partial p} = \frac{\partial t}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial p} + \frac{\partial t}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial p} + \frac{\partial t}{\partial w}\frac{\partial w}{\partial p},$ $\displaystyle \frac{\partial t}{\partial q} = \frac{\partial t}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial q} + \frac{\partial t}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial q} + \frac{\partial t}{\partial w}\frac{\partial w}{\partial q},$

$\displaystyle \frac{\partial t}{\partial r} = \frac{\partial t}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial r} + \frac{\partial t}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial r} + \frac{\partial t}{\partial w}\frac{\partial w}{\partial r}$ e $\displaystyle \frac{\partial t}{\partial s} = \frac{\partial t}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial s} + \frac{\partial t}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial s} + \frac{\partial t}{\partial w}\frac{\partial w}{\partial s}.$

2671

Seja $\phi:\mathbb{R}\rightarrow \mathbb{R}$ uma função diferenciável de uma variável real e seja $f(x,y)=(x^{2}+y^{2})\phi \bigg(\dfrac{x}{y}\bigg).$

Mostre que

$$x\;\frac{\partial f}{\partial x}+y\;\frac{\partial f}{\partial y}=2f.$$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 2x \phi \left( \frac{x}{y} \right) + \frac{(x^{2} + y^{2})}{y} \phi'\left( \frac{x}{y} \right)\ \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 2y \phi \left( \frac{x}{y} \right) - \frac{x(x^{2} + y^{2})}{y^{2}} \phi'\left( \frac{x}{y} \right).$

2720

Determine a diferencial da função $z = x^3 \ln{y^2}$.

$dz = 3x^{2} \ln (y^{2})dx + \frac{2x^{3}}{y} dy$.

2037

Se $z=f(x,y)$, onde $f$ é diferenciável, e $x=g(t)$, $g(3)=2$, $g'(3)=5$, $f_{x}(2,7)=6$, $y=h(t)$, $h(3)=7$, $h'(3)=-4$, $f_{y}(2,7)=-8,$ determine $\mathrm{d}z/ \mathrm{d}t$ quando $t=3.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt}(3) = 62.$

2031

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t.$

$z=x^{2}y^{3}$, $x=s\cos{t}$, $y=s\sin{t}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial s} = 2xy^{3} \cos(t) + 3x^{2}y^{2} \sin(t) $ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial t} = -2sxy^{3} \sin(t) + 3 sx^{2}y^{2} \cos(t)$.

2701

Verifique que $x\;\dfrac{\partial ^{2}z}{\partial x \partial y}+y\;\dfrac{\partial ^{2}z}{\partial y^{2}}=0$, onde $z=(x+y)e^{x/y}.$

$\displaystyle \frac{\partial^{2} z}{\partial x \partial y}= \frac{-3xy - x^{2}}{y^{3}}e^{\frac{x}{y}} \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial^{2} z}{\partial y^{2}}= \frac{3x^{2}y + x^{3}}{y^{4}}e^{\frac{x}{y}}.$

2028

Use a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{d}z/\mathrm{d} t$ ou $\mathrm{d}w/ \mathrm{d}t.$

$z=\sin{x}\cos{y}$, $x=\pi t$, $y=\sqrt{t}$.

$\displaystyle \frac{dz}{dt} = \pi \cos(x) \cos(y) - \frac{1}{2\sqrt{t}} \sin(x) \sin(y).$

2034

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t.$

$z=e^{r}\cos{\theta}$, $r=st$, $\theta=\sqrt{s^{2}+t^{2}}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial s} = e^{r} \left( t\cos(\theta) - \frac{s}{\sqrt{s^{2} + t^{2}}} \sin(\theta) \right) $ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial t} = e^{r} \left( s\cos(\theta) - \frac{t}{\sqrt{s^{2} + t^{2}}} \sin(\theta) \right).$

2762

Determine o maior conjunto de pontos em que a função $f(x,y) = \begin{cases}\dfrac{x^3}{x^2 + y^2}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y) = 0\end{cases}$ é diferenciável. Justifique.

$\mathbb{R}^{2} \setminus \left\lbrace (0,0) \right\rbrace$.

3081

Verifique que a função $\displaystyle u(x,t)=\sin(x-ct)$ é uma solução da equação da onda unidimensional \[ \dfrac{\partial^2u}{\partial t^2} = c^2\dfrac{\partial^2u}{\partial x^2}, \] onde $c$ é uma constante que depende das características da onda.

Calculando diretamente as derivadas parciais da função dada, temos

\[\begin{array}{ll} \dfrac{\partial u}{\partial x} = \cos(x-ct), & \dfrac{\partial^2u}{\partial x^2}= -\sin(x-ct) \\ \dfrac{\partial u}{\partial t} = -c\cos(x-ct), & \dfrac{\partial^2 u}{\partial t^2}= -c^2\sin(x-ct). \end{array}\] Assim, podemos ver que $u(x,t)$ satisfaz a equação dada.

2672

Determine $\dfrac{ \partial f}{\partial x}$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}$, sendo $f(x,y)= \begin{cases}\dfrac{x+y^{4}}{x^{2}+y^{2}}, & \quad \text{se } (x,y)\neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y)=(0,0).\\\end{cases}$

$\begin{aligned}[t]\frac{\partial f}{\partial x} &= \begin{cases}\dfrac{y^{2} - x^{2} - 2xy^{4}}{(x^{2}+y^{2})^{2}}, & \quad \text{se } (x,y)\neq (0,0),\\\text{não existe} & \quad \text{se } (x,y)=(0,0)\\\end{cases} \;\;\;\; \text{e}\\\frac{\partial f}{\partial y} &= \begin{cases}\dfrac{4x^{2}y^{3} + 2y^{5} - 2xy}{x^{2}+y^{2}}, & \quad \text{se } (x,y)\neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y)=(0,0).\\\end{cases}\end{aligned}$

2712

Determine uma equação do plano tangente à superfície no ponto especificado.

$z = 4x^2 - y^2 + 2y, \quad (-1,2,4)$.

$z = -8x - 2y$.

2709

Determine a aproximação linear da função $f(x,y,z) = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}$ em $(3,2,6)$ e use-a para aproximar o número $\sqrt{(3,02)^2 + (1,97)^2 + (5,99)^2}$.

Vamos determinar a aproximação linear da função $f$ em $(3,2,6)$. Primeiramente, calculamos as derivadas parcias $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$, para todo $(x,y,z).$
$\bullet f_{x}(x,y,z)=\dfrac{1}{2}(x^{2}+y^{2}+z^{2})^{-1/2}\cdot 2x=\dfrac{x}{\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}}}.$
$\bullet f_{y}(x,y,z)=\dfrac{1}{2}(x^{2}+y^{2}+z^{2})^{-1/2}\cdot 2y=\dfrac{y}{\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}}}.$
$\bullet f_{z}(x,y,z)=\dfrac{1}{2}(x^{2}+y^{2}+z^{2})^{-1/2}\cdot 2z=\dfrac{z}{\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}}}.$
Agora, calculamos as derivadas parciais de $f$ no ponto $(3,2,6)$, então
$\bullet f_{x}(3,2,6)=\dfrac{3}{\sqrt{3^{2}+2^{2}+6^{2}}}=\dfrac{3}{7}.$
$\bullet f_{x}(3,2,6)=\dfrac{2}{\sqrt{3^{2}+2^{2}+6^{2}}}=\dfrac{2}{7}.$
$\bullet f_{x}(3,2,6)=\dfrac{6}{\sqrt{3^{2}+2^{2}+6^{2}}}=\dfrac{6}{7}.$
Assim, a aproximação linear da função $f$ em $(3,2,6)$ é
\begin{array}{rcl}f(x,y,z)&\approx & f(3,2,6)+f_{x}(3,2,6)(x-3)+f_{y}(3,2,6)(y-2)+f_{z}(3,2,6)(z-6)\\&=&7+\dfrac{3}{7}(x-3)+\frac{2}{7}(y-2)+\frac{6}{7}(z-6)\\&=&\dfrac{3}{7}x+\frac{2}{7}y+\frac{6}{7}z+\bigg(7-\dfrac{9}{7}-\dfrac{4}{7}-\dfrac{36}{7}\bigg)\\&=&\dfrac{3}{7}x+\frac{2}{7}y+\frac{6}{7}z.\end{array}
Agora, vamos aproximar o número $\sqrt{(3,02)^2 + (1,97)^2 + (5,99)^2}.$ Assim,
\begin{array}{rcl}\sqrt{(3,02)^2 + (1,97)^2 + (5,99)^2}&=&f(3,02\,,\,1,97\,,\,5,99)\\&\approx& \frac{3}{7}(3,02)+\frac{2}{7}(1,97)+\frac{6}{7}(5,99)\\&\approx& 6,9914.\end{array}

2694

Seja $w=f(x,y,z)$ uma função de três variáveis independentes. Escreva a definição formal de derivada parcial $\partial f/\partial z$ em $(x_{0},y_{0},z_{0})$. Use essa definição para encontrar $\partial f/\partial z$ em $(1,2,3)$ para $f(x,y,z)=x^{2}yz^{2}.$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial z}(1,2,3) = 12$.

2680

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=(x^{2}-1)(y+2)$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 2x(y + 2) \;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = x^{2} - 1$.

2660

Determine as derivadas parciais de $f(x,y)=(4xy-3y^{3})^{3}+5x^{2}y$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = 12 y (4xy - 3y^{3})^{2} + 10xy\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 3(4xy - 3y^{2})^{2}(4x - 9y^{2}) + 5x^{2}.$

2682

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=1/(x+y)$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial f}{\partial y} = -\frac{1}{(x^{2} + y^{2})^{2}}$.

2033

Utilize a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{\partial}z/\mathrm{\partial} s$ e $\mathrm{\partial}z/ \mathrm{\partial}t.$

$z=e^{x+2y}$, $x=s/t$, $y=t/s$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial s} = e^{x + st}\left(\frac{1}{t} - \frac{2t}{s^{2}} \right) $ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial t} = e^{x + st}\left(\frac{2}{s} - \frac{s}{t^{2}} \right) $.

2637

As seguintes superfícies, rotuladas $a$, $b$ e $c$ de cima para baixo, são gráficos de uma função $f$ e de suas derivadas parciais $f_{x}$ e $f_{y}$. Identifique cada superfície e dê razões para sua escolha.

a) $f_{y},$ b) $f_{x},$ c) $f$.

2641

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $u=te^{w/t}$.

$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial t} = e^{w/t} \left( 1 - \frac{w}{t} \right)\;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial u}{\partial w} = e^{w/t}$.

2704

Considere a função

$$f(x,y)=\begin{cases}x+y, & \quad \text{se } xy=0,\\\kappa, & \quad \text{caso contrário},\\\end{cases}$$

em que $\kappa$ é um número real. Determine as derivadas parciais de primeira ordem de $f$ em $(0,0).$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} (0,0) = \frac{\partial f}{\partial y} (0,0) = 1$.

2113

Se $u=f(x,y)$, onde $x=e^{s}\cos{t}$ e $y=e^{s}\sin{t}$, mostre que
$$\bigg(\dfrac{\partial u}{\partial x}\bigg)^{2}+ \bigg(\dfrac{\partial u}{\partial y}\bigg)^{2}=
e^{-2s}\bigg[ \bigg(\dfrac{\partial u}{\partial s}\bigg)^{2}+\bigg(\dfrac{\partial u}{\partial t}\bigg)^{2}\bigg].$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial u}{\partial s} = e^{s} \cos(t) \frac{\partial u}{\partial x} + e^{s} \sin(t) \frac{\partial u}{\partial y} $e
$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial t} = -e^{s} \sin(t) \frac{\partial u}{\partial x} + e^{s} \cos(t) \frac{\partial u}{\partial y} .$

2632

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $f(r,s)=r\ln(r^{2}+s^{2})$.

Sendo $f(r,s)=r\cdot \ln(r^{2}+s^{2})$, temos que as derivadas parciais em relação a $r$ e $s$, respectivamente, são:

$\bullet f_{r}(r,s)=1\cdot \ln(r^{2}+s^{2})+r\cdot \dfrac{1}{r^{2}+s^{2}}\cdot 2r=\ln(r^{2}+s^{2})+\dfrac{2r^{2}}{r^{2}+s^{2}}.$

$\bullet f_{s}(r,s)=0\cdot \ln(r^{2}+s^{2})+r\cdot \dfrac{1}{r^{2}+s^{2}}\cdot 2s=\dfrac{2rs}{r^{2}+s^{2}}.$

2135

Mostre que cada a equação a seguir define implicitamente pelo menos uma função diferenciável $z=z(x,y)$.
Expresse $\partial z /\partial x$ e $\partial z/\partial y$ em termos de $x$, $y$ e $z.$
$e^{x+y+z}+xyz=1$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = - \frac{e^{x + y + z} + yz}{e^{x + y + z} + xy}$ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = - \frac{e^{x + y + z} + xz}{e^{x + y + z} + xy}.$

2112

Suponha que a equação $F(x,y,z)=0$ defina implicitamente cada uma das três variáveis $x$,$y$ e $z$ como função das outras duas:
$z=f(x,y)$, $y=g(x,y)$ e $x=h(y,z).$ Se $F$ for diferenciável e $F_{x}$,$F_{y}$ e $F_{z}$ forem todas não nulas, mostre que
$$\frac{\partial z}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial z}=-1.$$

Note que$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = -\frac{F_{x}}{F_{z}},$$\displaystyle \frac{\partial x}{\partial y} = -\frac{F_{y}}{F_{x}}$e$\displaystyle \frac{\partial y}{\partial z} = -\frac{F_{z}}{F_{y}}.$

2744

Considere a função $f(x,y) = x \ g(x^2 - y^2)$, em que $g(u)$ é uma função derivável de uma variável. Mostre que o plano tangente ao gráfico de $f$ no ponto $(a,a,f(a,a))$ passa pela origem.

Note que $a \frac{\partial f}{\partial x} (a,a) + a \frac{\partial f}{\partial y}(a,a) = f(a,a).$

2124

Suponha que, para todo $x$,$f(3x,x^{3})=\arctan(x)$.

Calcule $\dfrac{\partial f}{\partial x}(3,1)$ admitindo $\dfrac{\partial f}{\partial y}(3,1)=2$.
Determine a equação do plano tangente ao gráfico de $f$ no ponto $(3,1,f(3,1))$.

$\dfrac{\partial f}{\partial x}(3,1) = -\frac{11}{6}.$
$\displaystyle z - \frac{\pi}{4} = -\frac{11}{6}(x - 3) + 2(y - 1).$

2656

Determine as derivadas parciais de $z=\dfrac{x^{3}+y^{2}}{x^{2}+y^{2}}$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{x^{4} + 3x^{2}y^{2} - 2xy^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2x^{2}y(1 - x)}{(x^{2} + y^{2})^{2}}.$

2119

Calcule $\mathrm{d} z/\mathrm{d} t$ por dois processos:

substituindo as expressões para $x(t)$ e $y(t)$ em $z$ e depois derivando diretamente com relação a $t$
aplicando a Regra da Cadeia: $\frac{dz}{dt}=\frac{\partial z}{\partial x}\frac{dx}{dt}+\frac{\partial z}{\partial y }\frac{dy}{dt}$.

$z=\ln(1+x^{2}+y^{2})$, $x=\sin{3t}$ e $y=\cos{3t}.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt} (t) = 0.$

3084

Suponha que $f(x,y)$ seja uma função diferenciável no ponto $(x_0,y_0)$ e seja $z_0=f(x_0,y_0)$. Mostre que a função $\displaystyle g(x,y,z)=z-f(x,y)$ é diferenciável em $(x_0,y_0,z_0)$.

2640

Determine as derivadas parciais de primeira ordem da função $u=\sqrt{x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+\cdot \cdot \cdot +x_{n}^{2}}$.

$\displaystyle \frac{\partial u}{\partial x_{i}}= \frac{x_{i}}{\sqrt{x_{1}^{2}+x_{2}^{2}+\cdot \cdot \cdot +x_{n}^{2}}}$ para todo $i = 1, \cdots, n$.

2683

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=e^{-x}\;\sin(x+y)$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = -e^{-x} \sin(x + y) + e^{-x}\cos(x + y) \;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = e^{-x}\cos(x + y)$.

2757

Verifique que a função $f(x,y) = x^2y$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2643

Determine a derivada parcial $f_{x}(3,4)$, onde $f(x,y)=\ln(x+\sqrt{x^{2}+y^{2}}).$

$f_{x}(3,4) = \frac{1}{5}$.

2200

Suponha que substituamos coordenadas polares $x=r\cos{\theta}$ e $y=r\sin{\theta}$ em uma função diferenciável $w=f(x,y).$

Mostre que $$\frac{\partial w}{\partial r}=f_{x}\cos{\theta}+f_{y}\sin{\theta}$$ e $$\frac{1}{r}\frac{\partial w}{\partial \theta}=-f_{x}\sin{\theta}+f_{y}\cos{\theta}.$$
Resolva as equações no item 1. para expressar $f_{x}$ e $f_{y}$ em termos de $\partial w/ \partial r$ e $\partial w/\partial \theta$.
Mostre que $$(f_{x})^{2}+(f_{y})^{2}=\bigg(\frac{\partial w}{\partial r}\bigg)^{2}+\frac{1}{r^{2}}\bigg(\frac{\partial w}{\partial \theta}\bigg)^{2}.$$

$\displaystyle f_{x} = \cos(\theta) \frac{\partial w}{\partial r} - \frac{\sin (\theta)}{r} \frac{\partial w}{\partial \theta}$ e $\displaystyle f_{y} = \sin(\theta) \frac{\partial w}{\partial r} + \frac{\cos (\theta)}{r} \frac{\partial w}{\partial \theta}.$

2027

Use a Regra da Cadeia para determinar $\mathrm{d}z/\mathrm{d} t$ ou $\mathrm{d}w/ \mathrm{d}t.$

$z=\sqrt{x^{2}+y^{2}}$, $x=e^{2t}$, $y=e^{-2t}$.

$\displaystyle \frac{dz}{dt} = \frac{2xe^{2t} - 2ye^{2t}}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}}.$

2686

Encontre $f_{x}$, $f_{y}$ e $f_{z}$ para $f(x,y,z)=1+xy^{2}-2z^{2}$.

$\displaystyle f_{x} = 1+ y^{2} ,\;\;\;\; f_{y} = 2xy \;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; f_{z} = -4z$.

2678

Seja $f(x,y,z) = \dfrac{x}{x^2 + y^2 + z^2}$.

Verifique que

$$x\dfrac{\partial f}{\partial x} + y\dfrac{\partial f}{\partial y} + z\dfrac{\partial f}{\partial z} = -f.$$

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{-x^{2} + y^{2} + z^{2}}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{2}},\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{-2xy}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{2}} \;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\;\frac{\partial f}{\partial z} = \frac{-2xz}{(x^{2} + y^{2} + z^{2})^{2}}.$

2767

Encontre o valor de $\partial z/\partial x$ no ponto $(1,1,1)$ sabendo que a equação

$$xy+z^{3}x-2yz=0$$

define $z$ como uma função de duas variáveis independentes $x$ e $y$ e que a derivada parcial existe.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} (1,1,1) = -2$.

2684

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=e^{xy}\ln{y}$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = ye^{xy}\ln y\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = x e^{xy} \ln y + \frac{e^{xy}}{y}$.

2756

Verifique que a função $f(x,y) = x^4 + y^3$ é diferenciável.

As derivadas parciais $\frac{\partial f}{\partial x}$ e $\frac{\partial f}{\partial y}$ de cada função $f$ existem e são contínuas em todos os pontos do domínio.

2716

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. A seguir, encontre a linearização $L(x,y)$ da função naquele ponto. $f(x,y) = x\sqrt{y}, \quad (1,4)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

$L(x,y) = 2x + \frac{1}{4}y - 1$.

2182

Nos item abaixo:

expresse $\mathrm{d} w/\mathrm{d} t$ como uma função de $t$, usando a Regra da Cadeia, expressando $w$ em termos de $t$ e diferenciando em relação a $t$;
calcule $\mathrm{d} w/\mathrm{d} t$ no valor dado de $t$.

$w=x^{2}+y^{2}$, $x=\cos{t}$, $y=\sin{t}$; $t=\pi.$

$\displaystyle \frac{dw}{dt}(t) = 0.$
$\displaystyle \frac{dw}{dt}(\pi) = 0.$

2644

Use a definição de derivadas parciais como limites para encontrar $f_{x}(x,y)$ e $f_{y}(x,y)$, sendo $f(x,y)=x^{2}y-x^{3}y$.

$\displaystyle f_{x} = y^{2} - 3x^{2}y \;\;\;\text{e}\;\;\; f_{y} = 2xy - x^{3}$.

2685

Encontre $\partial f/\partial x$ e $\partial f/\partial y$ para $f(x,y)=\cos^{2}(3x-y^2)$.

$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = -6\cos (3x - y^{2}) \sin(3x - y^{2}) \;\;\;\;\text{e}\;\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = 4y \cos (3x - y^{2}) \sin(3x - y^{2})$.

2653

Seja

$$f(x,y)=\begin{cases}\dfrac{x^{3}y-xy^{3}}{x^{2}+y^{2}}, & \quad \text{se } (x,y)\neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y)=(0,0).\\\end{cases}$$

Use um computador para traçar o gráfico de $f$.
Determine $f_{x}(x,y)$ e $f_{y}(x,y)$ quando $(x,y)\neq (0,0).$
Determine $f_{x}(0,0)$ e $f_{y}(0,0)$ use a definição das derivadas parciais como limite.
Mostre que $f_{xy}(0,0)=-1$ e $f_{yx}(0,0)=1$
O resultado da parte (d) contradiz o Teorema de Clairaut? Use o gráfico de $f_{xy}$ e $f_{yx}$ para ilustrar sua resposta.

Gráfico de $f$:
$\displaystyle f_{x} = \frac{x^{4}y + 4x^{2}y^{3} - y^{5}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}\;\;\text{e}\;\;f_{y} = \frac{x^{5} - 4x^{3}y^{2} - xy^{4} }{(x^{2} + y^{2})^{2}}$ quando $(x,y)\neq (0,0).$
$f_{x}(0,0) = f_{y}(0,0) = 0$.
Use $\displaystyle f_{xy}(0,0)= \lim_{h \to 0} \frac{f_{x}(0,h) - f_{x}(0,0)}{h}\;\;\text{e}\;\;f_{yx}(0,0)= \lim_{h \to 0} \frac{f_{y}(h,0) - f_{y}(0,0)}{h}$.
Para $(x,y) \neq (0,0),$ $\displaystyle f_{xy} = {x^{6} + 9x^{4}y^{2} - 9x^{2}y^{4} - y^{6}}{(x^{2} + y^{2})^{3}}.$ Como $f_{xy}$ não é contínua na origem, não há uma contradição com o Teorema de Clairaut. Os gráficos de $f_{xy}$ e $f_{yx}$ são idênticos, exceto na origem:

2201

O raio $r$ e a altura $h$ de um cilindro circular reto aumentam à razão de $0,01cm/min$ e $0,02cm/min$, respectivamente.

Ache a taxa de variação do volume quando $r=4cm$ e $h=7cm.$
A que taxa a área da superfície curva está variando nesse instante?

$0,88\pi$ cm$^{3}/$min.
$0,3\pi$ cm$^{2}/$min.

2636

O índice de sensação térmica $W$ é a temperatura sentida quando a temperatura real é $T$ e a velocidade do vento, $v$. Portanto, podemos escrever $W=f(T,v)$. Considerando a tabela abaixo:

Estime os valores de $f_{T}(-15,30)$ e $f_{v}(-15,30)$. Quais são as nterpretações práticas desses valores?
Em geral, o que se pode dizer sobre o sinal de $\partial W/\partial T$ e $\partial W/\partial v$?
Qual parece ser o valor do seguinte limite
$$\lim_{v\rightarrow \infty}\frac{\partial W}{\partial v}?$$

$f_{T}(-15,30) \approx 1.3$ Isto significa que quando a temperatura real é $-15º$C e a velocidade do vento é $30$km/h, a temperatura aparente aumenta cerca de $1.3º$C para cada $1º$C que a temperatura real aumenta;\\
$f_{v}(-15,30) \approx -0.15$ Isto significa que quando a temperatura real é $-15º$C e a velocidade do vento é $30$km/h, a temperatura aparente diminui cerca de $0.15º$C para cada $1$km/h que a velocidade do vento aumenta.
$\frac{\partial W}{\partial T} > 0$ e $\frac{\partial W}{\partial v} \leq 0.$
$\lim_{v \to \infty} \frac{\partial W}{\partial v} = 0.$

2746

Considere a função

$$f(x,y)=\begin{cases}\dfrac{xy}{x^{2}+y^{2}}, & \quad \text{se } (x,y) \neq (0,0),\\0, & \quad \text{se } (x,y)=(0,0).\\\end{cases}$$

A função $f$ é contínua em $(0,0)$? Justifique sua resposta.
Calcule as derivadas parciais $\dfrac{\partial f}{\partial x}(0,0)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(0,0).$
Determine $\dfrac{\partial f}{\partial x}(x,y)$ e $\dfrac{\partial f}{\partial y}(x,y)$ para $(x,y)\neq (0,0).$
$f$ é diferenciável em $(0,0)$? Justifique sua resposta.

Não, pois $\displaystyle \lim_{(x,y) \to (0,0)} f(x,y)$ não existe.
$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x}(0,0) = \frac{\partial f}{\partial y}(0,0) = 0$.
$\displaystyle \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{y^{3} - x^{2}y}{(x^{2} + y^{2})^{2}}\;\;\;\text{e}\;\;\; \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{x^{3} - xy^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}$.
Não, pois $f$ não é contínua em $(0,0)$ (ou: pois suas derivadas parciais não são contínuas em $(0,0)$).

2718

Explique por que a função é diferenciável no ponto dado. A seguir, encontre a linearização $L(x,y)$ da função naquele ponto. $f(x,y) = e^{-xy} \cos{y}, \quad (\pi,0)$.

As derivadas $f_{x}$ e $f_{y}$ de cada $f$ existem e são contínuas no ponto dado, logo $f$ é diferenciável.

$L(x,y) = 1 - \pi y$.

2666

Considere a função $z=\dfrac{xy^{2}}{x^{2}+y^{2}}.$ Verifique que $x\dfrac{\partial z}{\partial x}+y\dfrac{\partial z}{\partial y}=z.$

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{y^{4} - x^{2}y^{2}}{(x^{2} + y^{2})^{2}}\;\;\;\;\;\;\text{e}\;\;\;\;\; \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{2x^{3}y}{(x^{2} + y^{2})^{2}}.$

2728

Quatro números positivos, cada um menor que $50$, são arredondados até a primeira casa decimal e depois multiplicados. Utilize os diferenciais para estimar o máximo erro possível no cálculo do produto que pode resultar do arredondamento.

Se $x,y,z,w$ são os quatro números e $p(x,y,z,w) = xyzw,$ temos $\Delta p \leq 25000.$

2741

Determine a equação do plano que é tangente ao paraboloide $z = 2x^2 + 3y^2$ e paralelo ao plano $4x - 3y - z = 10$.

$4x - 3y - z = -\frac{11}{4}$.

2737

Determine o plano que é paralelo ao plano $z = 2x + y$ e tangente ao gráfico de $f(x,y) = x^2 + y^2$.

$z = 2x + y - \frac{5}{4}$.

2038

Utilize um diagrama em árvore para escrever a Regra da Cadeia para o caso dado. Suponha que todas as funções sejam diferenciáveis.

$w=f(r,s,t)$, onde $r=r(x,y)$, $s=s(x,y)$, $t=t(x,y)$.

$\displaystyle \frac{\partial w}{\partial x} = \frac{\partial w}{\partial r}\frac{\partial r}{\partial x} + \frac{\partial w}{\partial s}\frac{\partial s}{\partial x} + \frac{\partial w}{\partial t}\frac{\partial t}{\partial x}$ e $\displaystyle \frac{\partial w}{\partial y} = \frac{\partial w}{\partial r}\frac{\partial r}{\partial y} + \frac{\partial w}{\partial s}\frac{\partial s}{\partial y} + \frac{\partial w}{\partial t}\frac{\partial t}{\partial y}$

2168

A função diferenciável $z=z(x,y)$ é dada implicitamente pela equação $f\bigg(\dfrac{x}{y},\dfrac{z}{x^{\lambda}}\bigg)=0$ ($\lambda\neq 0$ um número real fixo), onde

$f(u,v)$ é suposta diferenciável e $\dfrac{\partial f}{\partial v}(u,v)\neq 0$. Verifique que

$$x\frac{\partial z}{\partial x}+y\dfrac{\partial z}{\partial y}=\lambda z.$$

Note que $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\lambda z}{x} -\frac{x^{\lambda}}{y} \frac{\partial f}{\partial u} \left(\frac{x}{y},\frac{z}{x^{\lambda}} \right)\left(\frac{\partial f}{\partial v}\left(\frac{x}{y},\frac{z}{x^{\lambda}} \right)\right)^{-1} $ e $\displaystyle \frac{\partial z}{\partial y} = \frac{x^{\lambda + 1}}{y^{2}} \frac{\partial f}{\partial u} \left(\frac{x}{y},\frac{z}{x^{\lambda}} \right)\left(\frac{\partial f}{\partial v}\left(\frac{x}{y},\frac{z}{x^{\lambda}} \right)\right)^{-1}$.

2645

Determine $\partial z/\partial x$ e $\partial z/\partial y$, sendo $z=f(x)+g(y)$.

$\displaystyle \frac{\partial z}{\partial x} = f'(x)$

$\frac{\partial z}{\partial y} = g'(y)$.

2122

Expresse $\partial z/\partial t$ em termos das derivadas parciais de $f$, sendo $z=f(x,y)$ e $x=\sin{3t}$ e $y=\cos{2t}.$

$\displaystyle \frac{dz}{dt} (t) = 3 \cos(3t) \frac{\partial f}{\partial x}(\sin(3t),\cos(2t)) - 2\sin(2t) \frac{\partial f}{\partial y}(\sin(3t),\cos(2t)).$

3085

Mostre que se $f$ é diferenciável e $z=xf(x/y)$, então todos os pontos planos tangentes ao gráfico dessa equação passam pela origem.

Exercícios

Derivadas parciais