Valores extremos em uma hélice. Suponha que as derivadas parciais de uma função f(x, y, z) nos pontos da hélice x = cos(t) , y = sen(t) , z = t sejam

Em que pontos na curva, caso exista algum, f assume um valor extremo?

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem com vocês? Vamos lá!

Com essa derivadas dadas no enunciado:

Conseguimos descobrir as derivadas em função de x , y e z :

f x = x                                   f y = y                                   f z = z 2 + z - 2

Pensando no inverso dessa função, ou seja:

f x = x → f x = x 2 2

f y = y → f y = y 2 2

f z = z 2 + z - 2 → f z = z 3 3 + z 2 2 - 2 z

Imaginando que a função f é a soma das funções, pois conseguimos obter as derivadas dadas, então:

f x ,   y ,   z = x 2 2 + y 2 2 + z 3 3 + z 2 2 - 2 z

f x ,   y ,   z = 3 x 2 + 3 y 2 + 2 z 3 + 3 z 2 - 12 z 6

Passo 2

Substituindo na equação os dados do enunciado:

x = cos ⁡ t y = sen ⁡ t z = t              

para deixarmos em função de t :

f t = 3 cos 2 ⁡ t + 3 sen 2 ⁡ t + 2 t 3 + 3 t 2 - 12 t 6

f t = 3 ( cos 2 ⁡ t + sen 2 ⁡ t ) + 2 t 3 + 3 t 2 - 12 t 6

Sabemos que:

cos 2 ⁡ t + sen 2 ⁡ t = 1

Logo:

f t = 3 + 2 t 3 + 3 t 2 - 12 t 6

f t = 1 2 + t 3 3 + t 2 2 - 2 t

Passo 3

Derivando e igualando a zero, a equação do Passo 2, para descobrirmos os valores de t , para quando os pontos são extremos:

f t = t 2 + t - 2 = 0

Como temos uma equação de segundo grau:

∆ = b 2 - 4 a c = 1 2 - 4 ∙ 1 ∙ ( - 2 )

∆ = 9

t = - b ± ∆ 2 a = - 1 ± 3 2

Então:

t ' = - 2 t ' ' = 1        

Passo 4

Então os pontos na curva, onde f assume valor extremo, é quando t = - 2 :

x = cos ⁡ t = cos ⁡ - 2 = cos ⁡ 2

x = cos ⁡ 2

y = sen ⁡ t = sen ⁡ - 2 = - sen ⁡ 2

y = - sen ⁡ 2

z = t = - 2

Logo:

x = cos ⁡ 2         y = - sen ⁡ 2 z = - 2                

E quando t = 1 :

x = cos ⁡ 1 y = sen ⁡ 1 z = 1              

Tchau pessoal, te espero em mais exercícios, até lá!

Resposta

  • cos ⁡ 1 ,   sen ⁡ 1 ,   1 ;
  • cos ⁡ 2 ,   - sen ⁡ 2 ,   - 2 .

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