Enunciado

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 = 1 + y 1 + x

( 1 ,   3 )

Passo 1

Opa, tudo tranquilo? Questãozinha de linearização, vamos lá!

A questão nos dá uma função e pede para provar que ela é diferenciável no ponto ( 1 ,   3 ) . Mas como provamos isso?

Para a função f ( x ,   y ) ser diferenciável em ( a ,   b ) ela precisa ter as derivadas parciais f x e f y contínuas nesse ponto! Além disso, as derivadas f x e f y nos pontos próximos de ( a ,   b ) também precisam existir!

E de brinde a questão também pede para encontrarmos a linearização (ou aproximação linear) L ( x ,   y ) da função nesse ponto.

Essa linearização L ( x ,   y ) da função no ponto ( a ,   b ) é dada pela seguinte fórmula:

L x ,   y = f a ,   b + f x a ,   b x - a + f y a ,   b y - b

Então nosso checklist será:

Encontrar as derivadas parciais f x e f y da função;

Provar que são contínuas em ( 1 ,   3 ) ;

Provar que existem para os pontos próximos de ( 1 ,   3 ) ;

E, por fim, montar nossa equação geral de L x ,   y .

Passo 2

Para encontrar f x , tratamos y como constante e derivamos a função f em x

De forma que:

f x = 1 + y 1 + x

∂ f ∂ x = ( 1 + y ) d ( 1 + x ) - 1 d x

f x = - 1 + y 1 + x 2

Substituindo o ponto ( 1 ,   3 )

f x 1 ,   3 = - 1 + 3 1 + 1 2

f x 1 ,   3 = - 1

E com isso concluímos que f x é contínua no ponto!

Além disso, f x existe para quaisquer valores de x e y !

Da mesma forma, para encontrar f y , tratamos x como constante e derivamos a função f em y

De forma que:

f y = 1 + y 1 + x

∂ f ∂ y = 1 1 + x ⋅ d ( 1 + y ) d y

f y = 1 1 + x

Substituindo o ponto ( 1 ,   3 )

f y 1 ,   3 = 1 1 + 1

f y 1 ,   3 = 1 2

E com isso concluímos que f y é contínua no ponto!

E da mesma forma que f x , f y existe para quaisquer valores de x e y !

Cumpridas as condições, fica provado que f é diferenciável no ponto dado.

Passo 3

Agora precisamos montar a nossa equação L x ,   y ! Já temos quase todos os valores, só precisamos calcular f ( 1 , 3 )

De forma que:

f 1 ,   3 = 1 + 3 1 + 1 = 2

Sendo assim, nossa linearização será:

L x ,   y = 2 + - 1 x - 1 + 1 2 y - 3

L x ,   y = - x + 1 2 y + 3 2

Resposta

L x ,   y = - x + 1 2 y + 3 2

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