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Cálculo diferencial e integral de una variable Funciones Reales de Varias Variables 1 Cálculo diferencial e integral de una variable Contenidos • • • • • • • Habilidades Función de dos variables. Gráfica de una función real de dos variables. Curvas de nivel. Límite. Continuidad. Derivadas Parciales. ir ir ir ir ir ir ir 2 Cálculo diferencial e integral de una variable Habilidades • Define el concepto de función real de dos y tres variables. • Determina el dominio de una función real y lo representa gráficamente. • Traza la gráfica de una función real de dos variables reales. • Relaciona la regla de correspondencia de una función con su gráfica. • Determina las curvas (superficies) de nivel de una función real de dos (tres) variables. 3 Cálculo diferencial e integral de una variable Habilidades • Calcula el límite de una función. • Determina la no existencia del límite de una función real de dos variables reales. • Establece la continuidad de una función real en un punto. • Define el concepto de derivada parcial. • Calcula derivadas parciales. • Interpreta geométricamente el concepto de derivada parcial. • Calcula derivadas parciales de segundo orden. • Verifica que una función dada es solución de una ecuación en derivadas parciales. 4 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Funciones de Varias Variables. Definición: Una función f de dos variables es una regla que asigna a cada par ordenado de números reales (x,y) de un conjunto D, un número real único denotado por f(x,y). El conjunto D es el Dominio de f y su imagen es el conjunto de valores que toma f, es decir f ( x, y) /( x, y) D 5 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplos. 1. Halle los dominios de las siguientes funciones y grafíquelos. a) f (x,y) y 2 x b) f x,y ln x2 y 2 4 Ln(1 x y ) c) f (x,y ) yx 2. Evalué la función del inciso (a) en f(0,0) ,f(1,1) y f(2,-1), en caso sea posible. Justifique su respuesta. 6 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Gráfica de una función de dos variables. Definición: Si f es una función de dos variables con dominio D, entonces la gráfica de f es el conjunto de los puntos (x, y, z) de R3 tales que z = f(x,y) y (x,y) está en D. 7 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplo 2. Grafique las siguientes funciones y determine el dominio y la imagen. a) f (x,y) 4 y2 x2 b) z 9 x2 y2 8 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Curvas de nivel. 9 Cálculo diferencial e integral de una variable Definición: Las curvas de nivel de una función f de dos variables, son las curvas con ecuaciones f(x,y)=k, donde k es una constante (que pertenece a la imagen de f). O 10 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplos 3. Trace la gráfica y las curvas de nivel de: a) f (x,y) x2 y2 b) f (x,y ) x2 y 2 4. Una lamina de metal plana está situada en un plano XY y la temperatura T (en grados centígrados) en el punto (x, y) es inversamente proporcional a la distancia del punto (x, y) al origen. a) Describa las isotermas b) Suponiendo que la temperatura en el punto P(4 ; 3) es 40 grados centígrados, encuentre una ecuación de la isoterma correspondiente a la temperatura de 20 grados centígrados. 11 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplos 5. Describa y trace las superficies de nivel de la función: 2 2 f (x,y , z) 2x y z 12 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Límites -1 -0,5 -0,2 0 0,2 0,5 1 -1,0 0,455 0,759 0,829 0,841 0,829 0,876 0,455 TABLA1 Valores de f(x,y) -0,5 -0,2 0 0,2 0,759 0,829 0,842 0,829 0,959 0,986 0,990 0,986 0,989 0,999 1,000 0,999 0,990 1,000 1,000 0,986 0,999 1,000 0,999 0,959 0,986 0,990 0,986 0,759 0,829 0,841 0,829 2 x2 y 2 g( x , y ) 2 x y2 0,5 0,759 0,959 0,986 0,990 0,986 0,959 0,759 1 0,455 0,759 0,829 0,841 0,829 0,759 0,455 1 f ( x , y ) -1 -0,5 -0,2 0 0,2 0,5 1 -1,0 0,000 -0,600 -0,923 -1,000 -0,923 -0,600 0,000 sen x 2 y 2 x2 y 2 TABLA 2 Valores de f (x ,y ) -0,5 -0,2 0 0,2 0,600 0,923 1,000 0,923 0,000 0,724 1,000 0,724 -0,724 0,000 1,000 0,000 -1,000 -1,000 -1,000 -0,724 0,000 1,000 0,000 0,000 0,724 1,000 0,724 0,600 0,923 1,000 0,923 0,5 0,600 0,000 -0,724 -1,000 -0,724 0,000 0,600 1 0,000 -0,600 -0,923 -1,000 -0,923 -0,600 0,000 13 Cálculo diferencial e integral de una variable Límites Definición: Sea f una función de dos variables cuyo dominio D incluye puntos arbitrariamente cercanos a (a,b). Entonces decimos que el límite de f(x,y) cuando (x,y) se aproxima a (a,b) es L y escribimos lim x ,y a,b f x,y L 0, 0 tal que f x,y L x,y D y 0 siempre que x a y b 2 2 14 Cálculo diferencial e integral de una variable Interpretación geométrica de los límites Z L L L X 15 Cálculo diferencial e integral de una variable Determina la no existencia del límite de una función real. Definición: Si f x , y L1 cuando x,y a,b por una trayectoria C1 y f x , y L2cuando x,y a,b por otra trayectoria C2,, donde L1 L2, entonces lim x ,y a,b f x,y no existe. y b a 16 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplos x2 y 2 x2 y2 no existe lim xy x2 y 4 no existe lim xy x2 y2 5. Muestre que lim x ,y 0 ,0 6. Muestre que x ,y 0 ,0 7. Muestre que x ,y 0 ,0 no existe 17 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Continuidad Definición: Una función f de dos variables, se denomina continua en (a,b) si lim f x, y a, b x , y a ,b Decimos que f es continua en D si f es continua en todo punto (a,b) de D Nota: Las funciones polinomicas y racionales son continuas en su dominio x 2 xy y 2 x ,y 1,2 lim lim x ,y 1,0 x2 y 2 x2 y 2 18 inicio Cálculo diferencial e integral de una variable Derivadas parciales. Sea z=f(x,y), definida en el dominio D del plano XY y sea (x0 ,y0) un punto de D. La función f(x, y0) depende solamente de x y está definida alrededor de x0. Si la derivada existe, el valor de la derivada es llamado derivada parcial de f(x,y),con respecto a x en el punto (x0,y0) y se denota por f x0 , y0 ó z x x x0 , y0 19 Cálculo diferencial e integral de una variable Definición de derivada parcial con respecto a x. f x0 x , y0 f x0 , y 0 f x0 , y0 lim x 0 x x 20 Cálculo diferencial e integral de una variable Definición de derivada parcial con respecto a y. Del mismo modo, la derivada de f con respecto a y en (a,b) , denotada por fy(x0 ,y0), se obtiene dejando x fija (x=x0). fy x0 , y0 f x0 , y0 y f x0 , y0 f x0 , y0 lim y 0 y y 21 Cálculo diferencial e integral de una variable Ejemplos 1. Si f(x,y)=4-x2-2y2, encuentre fx(1,1), fy (1,1), e interprete estos números como pendientes. 2. Obtenga las primeras derivadas parciales de f a) f (x,y ) (x3 y 2 )2 b) f (x,y ) xey 2 ysenx c) f (x,y , z) xe3x z xz 2 ln(yz) 22 Cálculo diferencial e integral de una variable Derivadas parciales respecto a x y a y. 23 Fin