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Derivadas Parciais & Aplicações
���� ��� � � � �� � � � ��� � �� ��
� � �� � �� � � �
Derivadas Parciais – p. 1
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Derivadas e Integrais deQuantidades vetoriais
Todas as regras aprendidas na derivação eintegração de quantidades escalares são válidas naderivação e integração de quantidades vetoriais.
Uma derivada ou integral de uma quantidadevetorial é definida pela aplicação desse entematemático nas componentes do vetor a seroperado.
Derivadas Parciais – p. 2
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Diferenciação em Sinal de Integral
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��� ��
��� ��
�� �� � ��
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. Então:
�� �
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������
�� �
� ��� �� � �� � �
� � � � � �� � �� � �
� �
Essa é a Regra de Leibnitz. No caso de � � e � �
serem constantes, os dois últimos termos são nulos.
Derivadas Parciais – p. 3
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Pontos de Máximo e Mínimo de uma
�
Condição necessária
��
� �
�
�� �
� �
Se
� �� � ��
é um ponto que satisfaz essa cond. , entãoele é chamado de ponto crítico.
Derivadas Parciais – p. 4
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Pontos de Máx. e Mín. de uma
�
� � �� �
� �� �
� �� � �
� � �� �
� � �� � �
��
��
� ��� ��� � �
1.
� �� � ��
é um ponto de máximo relativo se � �
e
��� �
� �� �� � � �
ou
��� �
� �� �� � � �
.
2.
� �� � ��
é um ponto de mínimo relativo se � �
e
��� �
� �� �� � � � �
ou��
� �� �� �� � � � �
.
3.
� �� � ��
não é nem ponto de máximo nem pontode mínimo relativo se �
. Neste caso,
� �� � ��
é chamado saddle point ou "ponto de cela".
4. Nenhuma informação pode ser obtida se � �
.Derivadas Parciais – p. 5
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Exercicios
Derivadas Parciais – p. 6
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Encontre:
1.
� � ��� �
se
� ��� � �
�� �
� � ��� � �
�
� � .
2. os pontos de máximo e mínimo relativos de
� � ��� �� � � � � � �� �� � � � �� � � �� �
, e os valores de
� � ��� ��
nestes pontos.
Derivadas Parciais – p. 7
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Aplicações em Geometria
Derivadas Parciais – p. 8
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Derivadas Direcionais
� �� �� ��
def. num ponto
� �� �� ��
de uma dadacurva .
�� um comprimento de arco infinitesimal da curva
a derivada direcional de no ponto
� �� �� ��
aolongo da curva é def.:
��
�
��
� �
��
�� �
� ��
�
��
��
�
��
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Derivadas Direcionais, formavetorial
��
�
�
��
�
�� �
�
��
�
�
�
� �
��
� ��
��
��
��
�
� �� �
��
� �
a derivada direcional é dada pelo componente dona direção da tangente de .
Derivadas Parciais – p. 10
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Derivadas Direcionais
o vetor é um vetor unitário uma vez que este éa derivada do vetor posição � em relação aocomprimento de arco da curva.
caso se disponha de um vetor tangentenão-unitário, deve-se dividí-lo pelo seu módulo afim de torná-lo unitário.
O máximo valor da derivada direcional é
� �
, eocorre qdo aponta na mesma direção esentido que o vetor tangente .
� �
são chamadas superfícies equipotenciais ouisosuperfícies.
Derivadas Parciais – p. 11
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Exemplos
Derivadas Parciais – p. 12
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Exemplos
Derivadas Parciais – p. 13
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Plano Tangente a uma Superfície
Seja a superfície
�
definida pela função
� � ��� � � � � � �.
Um vetor normal a
�
em um ponto , é o
���
� � ��
Derivadas Parciais – p. 14
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Plano Tangente a uma Superfície
�� é também normal a um plano que étangente à superfície
�
, no ponto .
� � é o vetor posição, em relação à origem, doponto
� �� � �� � ��
,
� é o vetor posição de um ponto qualquer sobre oplano,
� �� �� ��
,
Eq. Plano Tangente a uma Superfície
�� � � � � � � � �� � � � � �
�� � �
pois � � � � é perpendicular a �.
Derivadas Parciais – p. 15
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Plano tangente, em coordenadasretangulares
��
��
��
� �� � ��
�� �
��
��
� �� � � � ��
��
��
��
�� �
�� � � �
� � �
Derivadas Parciais – p. 16
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Reta Normal a uma Superfície
�� �� �� ��
localizado na mesma reta da normal àsuperfície
�
no ponto
� �� � �� � ��
, �, � � � � écolinear a �
Derivadas Parciais – p. 17
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Eq. da Reta Normal a umaSuperfície
�� � � � � � � � �� � � � � �
�� � �
Derivadas Parciais – p. 18
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Reta Normal a uma Superfície,coordenadas retangulares
� � ��
��
��
��
� �
�� � � � ��
�� �
��
��
� �
��
� � � ��
��
��
��
�� �
Igualando cada um destes termos a um parâmetro(como
�
ou � ) e isolando , � e �, são obtidas asequações paramétricas da reta normal.
Derivadas Parciais – p. 19
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Reta Tangente a uma Curva
Uma curva def. pelas eq. paramétricas
� � � �
, � � �� � �
e � � � � � �
cada ponto da curva pode ser definido por um vetor
� � � � �
�� � � � � � � � �
,
Derivadas Parciais – p. 20
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Reta Tangente a uma Curva
Um vetor tangente a num ponto , � � � � , édefinido
� ��
� ��
��
�� �
� � e � são vetores posição de� �� � �� � � e
� �� �� ��
,em relação à origem,
Derivadas Parciais – p. 21
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Reta Tangente a uma Curva
um ponto sobre a linha tangente em , então ovetor
�� � � � � é colinear ao vetor �, e assim:
�� � � � � � � � �� � � � � �
�� �
��
��
� �
� �
A reta tangente pode ser obtida pelas seguintesrelações:
� �
� � � �� �
� � � �
� � � � �� �
� � � �
� � � � ��
As equações paramétricas da reta podem ser obtidasigualando cada uma destas razões a � ou
�
.Derivadas Parciais – p. 22
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Plano Normal a uma Curva
Dd um ponto
� �� �� ��
sobre um plano que é normalà curva , no ponto
�� �� � �� � ��
, então o vetor � � � �
é perpendicular ao vetor tangente �.
Derivadas Parciais – p. 23
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Eq. do plano normal emcoordenadas retangulares
�� � � � � � � � �� � � � � �
�� �
��
��
� �
� �
� � � �� � � ��
�� � � �� � � � � �� � � � � �� �
� � � �� � �
Derivadas Parciais – p. 24
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Exercicios
Derivadas Parciais – p. 25
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Encontre:
1. a derivada direcional de
� � � � � � � � � � � � ao longo da
curva � � � � � ��� � � �
, � � � �� � , � � �� � � �
, no ponto P
onde � � � .
2. as eq. para o plano tangente e para a linha normal à
superfície �� � � � � � � � � � � � � � � � � �, no ponto
� � � ��� � � �
.
3. as eq. da linha tangente e do plano normal à curva
� � � � � �
, � � � � � �, � � � � � � �
, no ponto onde
� � � �
.
Derivadas Parciais – p. 26