Uma distribuição de temperatura em um plano é dada pela função T, definida por
T(x, y) = 10 + 6 cos(x) cos(y) + 3 cos(2x) + 4 cos(3y)
No ponto (pi / 3, pi / 3), encontre a direção de maior crescimento da temperatura e a direção de maior decréscimo da temperatura.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma função que descreve a temperatura num plano, dada por:
O objetivo aqui é encontrar, no ponto (pi / 3, pi / 3), a direção onde a temperatura aumenta mais rapidamente e a direção onde ela diminui mais. Para isso, vamos usar conceitos de cálculo multivariável, especificamente o gradiente da função.

Passo 2

Primeiro, precisamos calcular o gradiente da função T(x, y). O gradiente é um vetor que aponta na direção de maior aumento da função e é dado pelas derivadas parciais em relação a x e y. Ou seja,

Passo 3

Vamos calcular as derivadas parciais:
  1. Derivada parcial em relação a x:
Explicação: Derivamos cada termo que envolve x. A derivada de cos(x) é , e a derivada de é , mas multiplicamos pelos coeficientes.
  1. Derivada parcial em relação a y:
Explicação: Similarmente, derivamos os termos que envolvem y. A derivada de é , e de é , ajustando com os coeficientes.

Passo 4

Agora, vamos avaliar essas derivadas no ponto (pi / 3, pi / 3):
  1. Para :
Calculando os valores:
Então,
  1. Para :
Simplificando:
Então,

Passo 5

Agora que temos as derivadas parciais no ponto, o gradiente é:
Esse vetor aponta na direção de maior aumento da temperatura. Para a direção de maior decréscimo, basta inverter o sinal do gradiente.

Resposta

No ponto , a direção de maior crescimento da temperatura é na direção do vetor , e a direção de maior decréscimo é na direção oposta, ou seja, .

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