Enunciado

Se z = x 2 - x y + 3 y ² e ( x ,   y ) varia de 3 ,   - 1 a 2,96 ,   - 0,95 , compare os valores de ∆ z e d z .

Passo 1

Eaee, belezinha?? Bom... O enunciado nos deu a seguinte função:

z = x 2 - x y + 3 y ²

O enunciado ainda nos disse que os valores de x , y variam de 3 ,   - 1 a 2,96 ,   - 0,95 , ou seja:

x i , y i = 3 ,   - 1

E

x f , y f = 2,96 ,   - 0,95

Onde i representa os valores iniciais e f representa os valores finais.

Sabendo disso, queremos comparar os valores de ∆ z e d z .

Para isso, vamos descobrir ∆ z utilizando a variação dos valores finais menos os iniciais, ou seja:

∆ z = z f - z i

E d z utilizando as derivadas parciais da seguinte forma:

d z = f x x ,   y d x + f y x ,   y d y

Agora bora lá!! 😉

Passo 2

Sabemos que a variação Δ z é dada da seguinte forma:

∆ z = z f - z i

Assim, vamos aplicar os valores de x f , y f na fórmula e subtrair pelos valores de x i , y i também na fórmula:

Δ z = x f 2 - x f y f + 3 y f 2 - x i 2 - x i y i + 3 y i 2 ∴

∆ z = 2,96 2 - 2,96 ⋅ - 0,95 + 3 ⋅ - 0,95 2 - 3 2 - 3 ⋅ - 1 + 3 ⋅ - 1 2 ∴

∆ z = 2,96 2 - 2,96 . - 0,95 + 3 ⋅ - 0,95 2 - [ 9 + 3 + 3 ]   ∴

∆ z ≈ - 0,7189

Passo 3

Agora que já achamos ∆ z , vamos calcular d z .

Lembrando que d z é dada da seguinte forma:

d z = f x x ,   y d x + f y x ,   y d y ∴

d z = ∂ z ∂ x d x + ∂ z ∂ y d y

Antes de descobrirmos as derivadas, temos que saber quem são d x e d y . Aqui precisamos fazer uma aproximação do tipo d z ≅ ∆ z , ok? Então teremos:

d x ≅ ∆ x = 2,96 - 3 ∴

d x = - 0,04

E

d y ≅ ∆ y = - 0,95 - - 1 ∴

d y = 0,05

Passo 4

Agora descobrindo as derivadas, temos:

∂ z ∂ x = 2 x - y

Aplicando o ponto na derivada, obtemos:

∂ z ∂ x 3 ,   - 1 = 2 ⋅ 3 - - 1 ∴

∂ z ∂ x 3 ,   - 1 = 7

Fazendo o mesmo para a derivada ∂ z ∂ y , obtemos:

∂ z ∂ y = 6 y - x

Aplicando o ponto:

∂ z ∂ y 3 ,   - 1 = 6 ⋅ - 1 - 3 ∴

∂ z ∂ y 3 ,   - 1 = - 9

Passo 5

Substituindo na expressão, teremos que d z é:

d z = 7 . - 0,04 + - 9 ⋅ 0,05 ∴

d z ≈ - 0,73

Conseguimos notar uma diferença bem acentuada nos cálculos de ∆ z e d z , não é mesmo?

Uma diferença de aproximadamente 0,0111 nos cálculos pode fazer com que missões espaciais não funcionem, então podemos concluir que utilizar diferenciais aparenta ser mais confiável do que utilizar variações macroscópicas.

Resposta

∆ z ≈ - 0,7189

d z ≈ - 0,73

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