Enunciado

Mostre que cada uma das equações a seguir define implicitamente pelo menos uma função diferenciável z = y = z ( x , y ) . Expresse ∂ z ∂ x e ∂ z ∂ y em termos de x e y .

a )   e x + y + z + x y z = 1 b) x 3 + y 3 + z 3 = x + y + z

Passo 1

A questão pede mostrarmos que as equações dadas definem alguma função diferenciável z = z ( x , y ) . Para isso, temos que recorrer ao teorema da função implícita.

O primeiro passo é definir as funções:

F x , y , z = e x + y + z + x y z - 1

G x , y , z = x 3 + y 3 + z 3 - x - y - z

Para que as hipóteses do teorema sejam válidas, devemos achar pelo menos um ponto ( x 0 , y 0 , z 0 ) para cada função tal que F x 0 , y 0 , z 0 = 0 (ou G x 0 , y 0 , z 0 = 0 ) e que

∂ F ∂ z x 0 , y 0 , z 0 ≠ 0             o u   ∂ G ∂ z x 0 , y 0 , z 0 ≠ 0

Passo 2

Vamos fazer primeiro o item (a) com F x , y , z = e x + y + z + x y z - 1 . Temos que

∂ F ∂ x = e x + y + z + y z

∂ F ∂ y = e x + y + z + x z

∂ F ∂ z = e x + y + z + x y

Escolhendo o ponto x 0 , y 0 , z 0 = ( 0,0 , 0 ) , temos que

F 0,0 , 0 = 0       e     ∂ F ∂ z 0,0 , 0 ≠ 0

Portanto vale o teorema da função implícita e, assim, a equação F x , y , z = 0 define pelo menos uma função z = z ( x , y ) cujas derivadas são:

∂ z ∂ x = - ∂ F ∂ x ∂ F ∂ z = - e x + y + z + y z e x + y + z + x y

∂ z ∂ y = - ∂ F ∂ y ∂ F ∂ z = - e x + y + z + x z e x + y + z + x y

Passo 3

Já no item (b) com G x , y , z = x 3 + y 3 + z 3 - x - y - z , temos que

∂ G ∂ x = 3 x 2 - 1

∂ G ∂ y = 3 y 2 - 1

∂ G ∂ z = 3 z 2 - 1

Escolhendo x 0 , y 0 , z 0 = ( 1,1 , 1 ) , temos que G 1,1 , 1 = 0 e

∂ G ∂ z 1,1 , 1 = 3 - 1 = 2 ≠ 0

Assim, vale o teorema da função implícita e a equação dada define pelo menos uma função do tipo z = z ( x , y ) com derivadas:

∂ z ∂ x = - ∂ G ∂ x ∂ G ∂ z = - 3 x 2 - 1 3 z 2 - 1

∂ z ∂ y = - ∂ G ∂ y ∂ G ∂ z = - 3 y 2 - 1 3 z 2 - 1

Resposta

a) ∂ z ∂ x = - e x + y + z + y z e x + y + z + x y       e       ∂ z ∂ y = - e x + y + z + x z e x + y + z + x y

b) ∂ z ∂ x = - 3 x 2 - 1 3 z 2 - 1     e     ∂ z ∂ y = - 3 y 2 - 1 3 z 2 - 1  

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Encontre f x,f y,f x yef y x e diga qual é o domínio para cada derivada parcial.
Encontre o valor de ∂x/∂z no ponto (1, –1, –3) se a equação xz + y ln x – x2 + 4 = 0 define x como uma função de duas variáveis independentes y e z e se a derivada parcial existe
Encontre f x,f y,f x yef y x e diga qual é o domínio para cada derivada parcial.
Os Exercícios 67 e 68 estão relacionados com o triângulo mostrado a seguir.Expresse A implicitamente com uma função de a, b e c e calcule ∂A/∂a e ∂A/∂b
Duas variáveis dependentes Expresse yx em termos de u e y se as equações x = y ln u e y = u ln y definem u e y como funções das variáveis independentes x e y e se yx existe. (Sugestão: diferencie amba