Enunciado

Utilize uma ferramenta gráfica para encontrar os pontos críticos de f com precisão de três casas decimais. Em seguida, classifique o ponto crítico e determine o valor mais alto e o mais baixo do gráfico, se houver.

f x , y = 20   e - x 2 - y 2   s e n   3 x cos ⁡ 3 y ,             x ≤ 1     e     y ≤ 1

Passo 1

A questão pede para acharmos os pontos críticos da função

f x , y = 20   e - x 2 - y 2   s e n   3 x cos ⁡ 3 y

Para o intervalo

x ≤ 1 ,     y ≤ 1

Ou seja: Os pontos m��ximos, mínimos e de sela!

Se plotarmos esse gráfico em algum software (recomendo o GeoGebra) nós obtemos o seguinte

Em que, para o intervalo plotado, podemos observar quatro pontos críticos: Os dois morrinhos no eixo x (vermelho) e os dois pontos de sela no eixo y (verde)!

Assim, como a questão pediu para encontrarmos os pontos usando o gráfico, só precisamos identificá-los no software e classificá-los!

Em seguida a gente vai substituir o valor do máximo/mínimo global na função e encontrar os valores do gráfico!

Passo 2

Se verificarmos usando o software (no GeoGebra tem a ferramenta ponto, você pode selecionar ela e colocar sobre o local do ponto crítico) conseguimos os seguintes pontos críticos

± 0,430 ,   0 ,     ( 0 ,   ± 0,524 )

Onde 0,430 ,   0 é um ponto de máximo, - 0,430 ,   0 é um ponto de mínimo e ( 0 ,   ± 0,524 ) são pontos de sela!

Podemos garantir que estamos na precisão adequada encontrando os pontos críticos na base do cálculo, isto é, fazendo f x = f y = 0

f x = 20   e - x 2 - y 2   ( - 2 x   s e n   3 x cos ⁡ 3 y + 3 cos ⁡ 3 x cos ⁡ 3 y )

f y = 20   e - x 2 - y 2   ( - 2 y   s e n   3 x cos ⁡ 3 y - 3   s e n   3 x   s e n   3 y )

De forma que

- 2 x   s e n   3 x cos ⁡ 3 y + 3 cos ⁡ 3 x cos ⁡ 3 y = 0 - 2 y   s e n   3 x cos ⁡ 3 y - 3   s e n   3 x   s e n   3 y = 0

Da primeira equação, tiramos

cos ⁡ 3 y = 0             o u       tan ⁡ 3 x = 3 2 x

Da segunda equação:

s e n   3 x = 0         o u       tan ⁡ 3 y = - 2 y 3

Da equação tan ⁡ 3 x = 3 2 x , encontramos x = ± 0,430 . Já para a equação tan ⁡ 3 y = - 2 y 3 , achamos y = 0 .

Por outro lado, de s e n   3 x = 0 , achamos x = 0 , enquanto para cos ⁡ 3 y = 0 , achamos y = ± π 6 = ± 0,524 .

Assim, os pontos críticos realmente são

± 0,430 ,   0 ,           ( 0 ,   ± 0,524 )

Passo 3

Por fim a questão pede para calcularmos os valores de máximo e mínimos desse gráfico, assim substituindo os pontos ± 0,430 ,   0 na função encontramos

f x , y = 20   e - x 2 - y 2   s e n   3 x cos ⁡ 3 y

f 0,430 ,   0 = 20   e - 0,43 2 - 0 2   s e n   ( 3 ⋅ 0,43 ) cos ⁡ ( 3 ⋅ 0 )

Valor máximo da função

f 0,430 ,   0 = 15,97

f - 0,430 ,   0 = 20   e - ( - 0,43 ) 2 - 0 2   s e n   ( - 3 ⋅ 0,43 ) cos ⁡ ( 3 ⋅ 0 )

Valor mínimo da função

f - 0,430 ,   0 = - 15,97

Resposta

Os pontos críticos são

± 0,430 ,   0 ,     ( 0 ,   ± 0,524 )

Onde 0,430 ,   0 é um ponto de máximo, - 0,430 ,   0 é um ponto de mínimo e ( 0 ,   ± 0,524 ) são pontos de sela!

Valor máximo

f 0,430 ,   0 = 15,97

Valor mínimo

f - 0,430 ,   0 = - 15,97

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