Enunciado

Seja f uma função de duas variáveis que tenha derivadas parciais contínuas e considere os pontos A ( 1,3 ) , B ( 3,3 ) , C ( 1,7 ) e D 6,15 . A derivada direcional em A na direção do vetor A B → é 3 , e a derivada direcional em A na direção A C → é 26 . Determine a derivada direcional de f em A na direção do vetor A D → .

Passo 1

Opa, tudo tranquilo? Questãozinha de derivada direcional, vamos lá!

A questão nos diz que existe uma função f e descreve as direções A B → e A C → e suas derivadas.

Em seguida ela nos pede para determinar a derivada dessa função na direção A D → . Para visualizar melhor vamos botar isso num plano!

Disso tiramos duas conclusões importantíssimas:

A direção A B → é exatamente i já que ela segue paralela ao eixo x ;

A direção A C �� é exatamente j já que ela segue paralela ao eixo y ;

Ora, se eu tenho uma derivada na direção de x então eu tenho f x ! Da mesma forma, se eu tenho uma derivada na direção de y então eu tenho f y .

Além disso, a derivada direcional de f num ponto ( a ,   b ) em uma direção u → unitária qualquer é dada por

D u f a ,   b = ∇ f a ,   b ⋅ u →

Onde o gradiente ∇ f da função f é o conjunto das derivadas parciais f x e f y (que nós acabamos de descobrir quem eram).

Dessa forma, só precisamos substituir os valores que temos nessa fórmula e partir pro abraço!

Passo 2

Nós vimos que como a direção do vetor A B → é i então

D A B ��   f 1,3 = f x 1,3

Mas o enunciado nos disse que a derivada direcional na direção A B → é 3 . Assim

f x 1,3 = 3

Da mesma forma, como a direção do vetor A C → é j

D A C →   f 1,3 = f x 1,3

Mas o enunciado nos disse que a derivada direcional na direção A C → é 3 . Assim

f y 1,3 = 3

Então nosso gradiente, que é dado por

∇ f x , y = f x x , y ,   f y x , y

Fica assim no ponto ( 1,3 )

∇ f 1,3 = f x 1,3 ,   f y 1,3

Ou com os valores do enunciado

∇ f 1,3 = 3,26

Passo 3

Queremos a derivada direcional de f em A na direção do vetor A D →

D A D → f 1,3 = ∇ f 1,3 ⋅ u →

Onde u → representa um vetor unitário na direção de A D → e pode ser encontrado assim

u → = A D → A D →

A direção de A D → é dada da seguinte forma

A D → = ( 6 ,   15 ) - ( 1 ,   3 ) = ( 5 ,   12 )

Agora podemos calcular o módulo

A D → = 5 2 + 12 2 = 13

De forma que u → é

u → = 5 13 , 12 13

Substituindo na fórmula da derivada direcional

D   A D →   f 1,3 = 3,26 ⋅ 5 13 , 12 13

Realizando o produto escalar

D   A D →   f 1,3 = 3 ⋅ 5 13 + 26 ⋅ 12 13

D   A D →   f 1,3 = 327 13

Resposta

D   A D →   f 1,3 = 327 13

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

14.1. É dado o mapa de contornos mostrando a pressão barométrica (em milímetros) às 7:00 horas da manhã do dia 12 de setembro de 1960, quando o Furacão Donna estava ativo. Estime o valor da função pre
14.14. Determine a derivada direcional da função no ponto dado na direção e sentido do vetor v g r , θ = e - r sin ⁡ θ , 0 , π 3 v = 3 i - 2 j
14.15. Determine a derivada direcional da função no ponto dado na direção e sentido do vetor v f x , y , z = x 2 + y 2 + z 2 , 1,2 , - 2 v =- 6,6 , - 3
14.16. Determine a derivada direcional da função no ponto dado na direção e sentido do vetor v f x , y , z = x y + z , 4,1 , 1 v =1,2 , 3
7-10.a) Determine o gradiente de f .b) Calcule o gradiente no ponto P .c) Determine a taxa de variação de f em P na direção do vetor u .8. f x ,y = x 2 ln ⁡ y ,P 3 ,1 ,u = - 5 13 i + 12 13 j