Cálculu multivariable

El cálculu multivariable (o cálculu en delles variables) nun ye más que la estensión del cálculu infinitesimal a funciones angulares y vectoriales de delles variables.

Campo angular con dos variables

Cálculu diferencial en campos angulares y vectoriales

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Funciones de Rn en Rm. Campos angulares y vectoriales

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Vamos Formular les definiciones pa campos vectoriales. Tamién van ser válides para campos angulares. Sía :  un campu vectorial que fai corresponder a tou puntu P definíu biunívocamente pol so vector posición un vector   onde'l puntu O ye'l nuesu orixe de coordenaes.

  con   y  . Cuando   tenemos un campu angular. Pa   tenemos un campu vectorial. Vamos Utilizar la norma euclídea pa topar la magnitú de los vectores.

Llendes y continuidá

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Sean   y   Escribimos:

 , :
o bien, :
  cuando  
pa espresar lo siguiente:
 

onde   ye la norma euclídea de  . Espresándolo en función de les componentes de  

 

o, de forma equivalente, : 

Dicimos qu'una función   ye continua en  

 

a)  
b)  
c)  
(productu angular de   con  ).
d)  
Demostración
Sabemos qu'a) y b) nel teorema verifíquense si   y   son funciones angulares. Por tanto, si :  tenemos
 
 
 
Aplicando la desigualdá triangular y la desigualdá de Cauchy-Schwarz tenemos
 
, como queríamos demostrar.
 , como queríamos demostrar.

Sean   y   dos funciones tales que la función compuesta   ta definida en  , siendo : 

  ye continua en   y   ye continua en   ye continua en  .
Demostración
Sean   y  . Entós, : 
como queríamos demostrar.

Derivaes direccionales

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Derivada d'un campu angular al respective de un vector

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Sía  . Sía   un vector que'l so orixe ye l'orixe de coordenaes y que'l so estremu   y   un vector arbitrariu de  . Definimos la derivada de f en   al respective de   como : 

Derivaes parciales

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Si derivamos la espresión anterior al respective de una segunda variable,  , vamos tener  . Na práutica, vamos calcular   derivando al respective de   y suponiendo   constante.

La diferencial

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Definición de campu angular diferenciable

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Dicimos que f ye diferenciable en  

 .
  hai de ser una aplicación llinial, que definimos como la diferencial de f en a.
L'anterior ecuación ye la fórmula de Taylor de primer orde pa  .

Teorema d'unicidá de la diferencial

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  ye diferenciable en   con diferencial  

a)  
b)  
Demostración
 
como queríamos demostrar.
   Espresando   en función de los sos componentes na base : 
como queríamos demostrar.

Regla de la cadena

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Sía   un campu angular y  . Definimos la función compuesta   como  , entós  

Diferencial d'un campu vectorial

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Sía   un campu vectorial. Sía   y   un vector cualesquier. Definimos la derivada : 

Espresando   en función de los sos componentes, tenemos  

Dicimos que   ye diferenciable  , aplicación llinial que verifica:

 .
Esta ye la fórmula de Taylor de primer orde pa  .

La matriz de   ye'l so matriz jacobiana.

Diferenciabilidad implica continuidá

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Si un campu vectorial   ye diferenciable en   ye continuu en  .

Deduzse fácilmente de la fórmula de Taylor de primer orde yá vista.

Regla de la cadena pa diferenciales de campos vectoriales

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Sía   un campu vectorial definíu y diferenciable en  . El so diferencial   resulta ser

 

Condición abonda pa la igualdá de les derivaes parciales mistes

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  dambes derivaes parciales esisten y son continues en  .

Aplicaciones del cálculu diferencial

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Cálculu de máximos, mínimos y puntos de ensilladura pa campos angulares

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Un campu angular tien un máximu en   esiste una n-bola  

Un campu angular tien un mínimu en   esiste una n-bola  

Un campu angular tien un puntu de ensilladura  

 .
 
Función con un puntu de ensilladura

Pa saber si ye unu de los casos anteriores:

  1. Llogramos  
  2. Llogramos la matriz hessiana de f. Sía esta  .
    1.   ye definida positiva   tien un mínimu local (mínimu relativu) en  .
    2.   ye definida negativa   tien un máximu local (máximu relativu) en  .
    3.   ye indefinida   tien un puntu de ensilladura en  .

No enantes espuesto, supunximos que   ye continua  

Ver tamién

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Referencies

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