Enunciado

Determine todas as derivadas parciais de segunda ordem.

f x , y = x 4 y - 2 x ³ y ²

Passo 1

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

A questão nos dá uma função f e pede para que calculemos todas as derivadas parciais de segunda ordem.

Relembrando: Para calcular uma derivada parcial em uma variável, x por exemplo, tratamos as demais como constante e derivamos normal.

A diferença nesse caso é que buscamos as derivadas de segunda ordem, ou seja, vamos precisar derivar duas vezes para cada caso! Exemplo: Para   f x x nós derivamos f em x duas vezes.

Passo 2

Nós temos a função

f x , y = x 4 y - 2 x ³ y ²

Para obter   f x x temos de obter primeiro f x e, em seguida, derivar novamente em relação a x . Lembre-se: Estamos considerando y como constante em ambas as derivações.

Dessa forma, encontrando f x temos

f x   = 4 x 3 y - 6 x ² y ²

E derivando novamente em x teremos

  f x x = 8 x 2 y - 12 x y ²

Passo 3

Para obter   f y y o processo é similar: Fixamos x e derivamos duas vezes em y .

Dessa forma, encontrando f y temos

f y   = x 4 - 4 x ³ y

E derivando novamente em x teremos

  f y y = - 4 x ³

Passo 4

Veja que a questão nos pede para encontrar TODAS as variáveis de segunda ordem, isto é, precisaremos encontrar também as derivadas “cruzadas” f x y e f y x .

O processo continua simples: Derivamos uma vez, mas quando derivarmos novamente trocamos de variável.

Para obter f x y seguimos a ordem do índice: Encontramos f x para depois encontrar f x y (imagine f x y como se fosse um “ ( f x ) y ”!)

Dessa forma, como já temos f x podemos encontrar f x y

f x y   = 4 x 3 - 12 x ² y

E de brinde, para poupar nosso trabalho, existe o Teorema de Clairaut!

Ele basicamente diz que: Se f x y é uma função contínua então f x y   = f y x

Como sabemos que todo polinômio é contínuo então

f y x   = 4 x 3 - 12 x ² y

Resposta

  f x x = 8 x 2 y - 12 x y ²

  f y y = - 4 x ³

f x y   = 4 x 3 - 12 x ² y

f y x   = 4 x 3 - 12 x ² y

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Determine as derivadas parciais de segunda ordem. f x , y = x 4 - 3 x 2 y 3