Enunciado

Determine as derivadas parciais indicadas

f x , t = x 2 e - c t

f t t t e f t x x

Passo 1

Opa, tudo tranquilo? Questãozinha de derivadas parciais, vamos lá!

O problema pede para encontrarmos as derivadas parciais f t t t e f t x x de terceira ordem da função f !

Para encontrar uma derivada de terceira ordem nós precisamos derivar 3 vezes na ordem indicada (lembrando: em derivadas parciais nós tratamos as variáveis que não estão envolvidas na derivação como constante).

Dessa forma, para encontrar f t t t , nosso cronograma será o seguinte:

∂ f ∂ t →   ∂ ² f ∂ ² t →   ∂ ³ f ∂ ³ t

E para encontrar f t x x :

∂ f ∂ t →   ∂ ² f ∂ x ∂ t →   ∂ ³ f ∂ ² x ∂ t

Passo 2

Para encontrar f t t t , como todas as derivadas são em t , vamos considerar x como constante durante todos os passos!

Temos então

f x = x ² e - e t

∂ f ∂ t = x ² d e - e t d t

Que pode ser resolvida facilmente com a regra da cadeia!

Relembrando: A regra da cadeia diz que para uma função

f g ( x )

A sua derivada é dada por

d f d x = d f ( u ) d u ⋅ d u d x

De forma que

∂ f ∂ t = x ² d e u d u ⋅ d ( - c t ) d t

f t = - c x ² e - c t

Derivando novamente em t , encontraremos f t t

∂ ² f ∂ ² t = - c x 2 d e - c t d t

f t t   = c 2 x 2 e - c t

E, derivando uma última vez em t , encontraremos f t t t

∂ ³ f ∂ ³ t = c ² x 2 d e - c t d t

f t t t = - c 3 x 2 e - c t

Passo 3

Para encontrar f t x x , derivamos f t (que felizmente já encontramos) em x duas vezes! Lembrando: Agora considerando t como constante durante os cálculos.

Temos então

f t = - c x ² e - c t

∂ ² f ∂ x ∂ t = - c e - c t d x ² d x

f t x = - 2 x c e - c t

Derivando novamente em x , encontraremos finalmente f t x x

∂ ³ f ∂ ² x ∂ t = - 2 c e - c t d x d x

f t x x   = - 2 c e - c t

Resposta

f t t t = - c 3 x 2 e - c t

f t x x   = - 2 c e - c t

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