Cálculo multivariábel
O cálculo multivariábel (ou cálculo en varias variábeis) é máis a extensión do cálculo infinitesimal a funcións escalares e vectoriais de varias variábeis.[1]
Cálculo diferencial en campos escalares e vectoriais
editarFuncións de Rn en Rm. Campos escalares e vectoriales
editarFormularanse as definicións para campos vectoriais, que tamén son válidas para campos escalares. Sexa
un campo vectorial que fai corresponder a todo punto P definido biunivocamente polo seu vector posición un vector onde o punto O é a orixe de coordenadas.
- con e . Cando tense un campo escalar. Para tense un campo vectorial. Utilizarase a norma euclidiana para achar a magnitude dos vectores.
Límites e continuidade
editarSexan e . Escríbese:
- ,
- ou ben,
- cando
- para expresar o seguinte:
onde é a norma euclidiana de . Expresándoo en función das compoñentes de
ou, de forma equivalente,
Dise que unha función é continua en
Teorema:
- a)
- b)
- c)
- (produto escalar de con ).
- d)
Teorema: Sexan e dúas funcións tales que a función composta está definida en , sendo
- é continua en e é continua en é continua en .
Derivadas direccionais
editarDerivada dun campo escalar respecto dun vector
editarSexa . Sexa un vector con orixe na orixe de coordenadas e con extremo e un vector arbitrario de . Defínese a derivada de f en respecto a como
Derivadas parciais
editar
Se se deriva a expresión anterior respecto dunha segunda variábel, , tense . Na práctica, calcularase derivando respecto a e supondo constante.
A diferencial
editarDefinición de campo escalar diferenciábel
editarDise que f é diferenciábel en
- .
- ten que ser unha aplicación linear, que se define como a diferencial de f en a.
A anterior ecuación é a fórmula de Taylor de primeira orde para .
Teorema de unicidade da diferencial
editaré diferenciábel en con diferencial
- a)
- b)
Regra da cadea
editarSexa un campo escalar e . Defínese a función composta como , entón
Diferencial dun campo vectorial
editarSexa un campo vectorial. Sexa e un vector calquera. Defínese a derivada
- }}
Expresando en función das súas compoñentes, tense
Dise que é diferenciábel , aplicación linear que verifica:
- .}}
- Esta é a fórmula de Taylor de primeira orde para .
A matriz de é a súa matriz jacobiana.
Diferenciabilidade implica continuidade
editarSe un campo vectorial é diferenciábel en é continuo en . Dedúcese facilmente da fórmula de Taylor de primeira orde xa vista.
Regra da cadea para diferenciais de campos vectoriais
editarSexa un campo vectorial definido e diferenciábel en . A súa diferencial é
- }}
Condición suficiente para a igualdade das derivadas parciais mixtas
editarambas as derivadas parciais existen e son continuas en .
Aplicacións do cálculo diferencial
editarCálculo de máximos, mínimos e puntos de sela para campos escalares
editarDefínense os seguintes conceptos:
- Un campo escalar ten un máximo en existe unha n-bola
- Un campo escalar ten un mínimo en existe unha n-bola
- Un campo escalar ten un punto de sela
Para saber se é un dos casos anteriores:
- Obtense
- Obtense a matriz hessiana de f. Sexa esta .
- é definida positiva ten un mínimo relativo en .
- é definida negativa ten un máximo relativo en .
- é indefinida ten un punto de sela en .
No anterior supúxose que é continua
Notas
editar- ↑ Richard Courant; Fritz John (14 December 1999). Introduction to Calculus and Analysis Volume II/2. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-66570-0.
Véxase tamén
editarWikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Cálculo multivariábel |
Bibliografía
editar- Apostol, Tom M., Calculus, volume 2, editorial Reverté, S. a., ISBN 84-291-5003-X
- Spivak, Michael (1965). Calculus on Manifolds (PDF). Nova York: W. A. Benjamin, Inc. ISBN 9780805390216.
Ligazóns externas
editar- UC Berkeley video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2009, Professor Edward Frenkel
- MIT video lectures on Multivariable Calculus, Fall 2007
- Multivariable Calculus: A free online textbook by George Cain and James Herod
- Multivariable Calculus Online: A free online textbook by Jeff Knisley
- Multivariable Calculus – A Very Quick Review Arquivado 24 de marzo de 2012 en Wayback Machine., Prof Blair Perot, University of Massachusetts Amherst