Enunciado

Trace o campo de vetores gradientes de f junto com um mapa de contorno de f . Explique como eles estão relacionados entre si.

f x , y = c o s   x   - 2 s i n ⁡ ( y )

Passo 1

Esse exercício nos pede duas coisas: Primeiro ele quer que determinemos o campo vetorial para depois o compararmos com as curvas de nível.

Para determinarmos o campo vetorial, devemos tomar o gradiente da função f , ou seja,

F → = ∇ f

Lembrando que o gradiente de uma função é definido por um vetor, cujas as componentes são as derivadas parciais em cada direção, ou seja

F → = ∂ f d x ,   ∂ f d y

Passo 2

Vamos tomar inicialmente a derivada de f na direção x .

∂ f d x = ∂ c o s c o s   x   - 2 s i n ⁡ ( y ) d x =   - s i n ⁡ ( x )

E na direção y temos

∂ f d y = ∂ c o s c o s   x   - 2 s i n ⁡ ( y ) d y = - 2 c o s ⁡ ( y )

Desta forma escrevemos que

F → = - s i n   x   , - 2 c o s ⁡ ( y )

Passo 3

Agora precisamos construir o campo vetorial e as curvas de nível .

Esse tipo de campo e curva são muito complicados de desenharmos na mão então o exercício sugere a utilização de um software para construí-los.

Esboçando através de um CAS ficaria assim:

Através do gráfico podemos dizer que o vetor gradiente e as curvas de níveis são perpendiculares entre si. Temos também que o vetor gradiente aponta na direção de f .

Resposta

F → = - s i n   x   , - 2 c o s ⁡ ( y )

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