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Regra da Cadeia - Parte Grifada

Regra da Cadeia - Parte Grifada

Mensagempor Cleyson007 » Ter Nov 04, 2014 16:47

Se z = f(x,y), onde x = r² + s² e y = 2rs, encontre \frac{\partial^2 z}{\partial r\partial s}.

Alguém me esclarece da passagem grifada em vermelho?

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Re: Regra da Cadeia - Parte Grifada

Mensagempor Russman » Ter Nov 04, 2014 22:54

Primeiramente, a resolução separa as derivadas de modo que

\frac{\partial^2 z }{\partial r \partial s}= \frac{\partial }{\partial r}\left ( \frac{\partial z}{\partial s} \right ).

Mas, como
\frac{\partial z}{\partial s} = \frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial s}+\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial s},

então

\frac{\partial }{\partial r}\left ( \frac{\partial z}{\partial s} \right ) = \frac{\partial }{\partial r}  \left (\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial s}+\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial s}   \right )

que, pela regra da soma e do produto, fica

\frac{\partial^2 z }{\partial r \partial s} = \left (\frac{\partial x }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial x} \right )\right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial x}  \right )\left (   \frac{\partial^2 x }{\partial  s \partial r} \rig\right ) +\left (\frac{\partial y }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial y} \right )\right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial y}  \right )\left ( \frac{\partial^2 y }{\partial  s \partial r}\right )

Agora, como

\frac{\partial z}{\partial r} = \frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial r}+\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial r}

então

\frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial x} \right ) = \frac{\partial^2 z }{\partial x^2}\frac{\partial x }{\partial r}+\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y }\frac{\partial y}{\partial r}

e

\frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial y} \right ) = \frac{\partial^2 z }{\partial y^2}\frac{\partial y }{\partial r}+\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y }\frac{\partial x}{\partial r}.

Portanto,

\frac{\partial^2 z }{\partial r \partial s} = \left (\frac{\partial x }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial^2 z }{\partial x^2}\frac{\partial x }{\partial r}+\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y }\frac{\partial y}{\partial r} \right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial x}  \right )\left (   \frac{\partial^2 x }{\partial  s \partial r} \rig\right ) +\left (\frac{\partial y }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial^2 z }{\partial y^2}\frac{\partial y }{\partial r}+\frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y }\frac{\partial x}{\partial r}\right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial y}  \right )\left ( \frac{\partial^2 y }{\partial  s \partial r}\right )

e, enfim,

\frac{\partial^2 z }{\partial r \partial s} = \frac{\partial^2 z }{\partial x^2} \left (\frac{\partial x }{\partial s} \frac{\partial x }{\partial r} \right ) +\frac{\partial z }{\partial x}  \left (   \frac{\partial^2 x }{\partial  s \partial r} \rig\right ) + \left \frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y } \left ( \frac{\partial x}{\partial s}\frac{\partial y}{\partial r}+\frac{\partial y}{\partial s}\frac{\partial x}{\partial r} \right )  +\frac{\partial z }{\partial y}  \left ( \frac{\partial^2 y }{\partial  s \partial r}\right ) + \frac{\partial^2 z }{\partial y^2} \left (\frac{\partial y }{\partial s} \frac{\partial y }{\partial r} \right )

Os termos entre parenteses são calculáveis pois é dada a forma explícita das funções.
Editado pela última vez por Russman em Qua Nov 05, 2014 01:08, em um total de 1 vez.
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Re: Regra da Cadeia - Parte Grifada

Mensagempor Cleyson007 » Ter Nov 04, 2014 23:30

Pode me esclarecer essa parte por favor Russman?

Russman escreveu:
que, pela regra da soma e do produto, fica

\frac{\partial^2 z }{\partial r \partial s} = \left (\frac{\partial x }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial x} \right )\right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial x}  \right )\left (   \frac{\partial^2 x }{\partial  s \partial r} \rig\right ) +\left (\frac{\partial y }{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial }{\partial r} \left ( \frac{\partial z }{\partial y} \right )\right ] +\left (\frac{\partial z }{\partial y}  \right )\left ( \frac{\partial^2 y }{\partial  s \partial r}\right )

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Re: Regra da Cadeia - Parte Grifada

Mensagempor Russman » Qua Nov 05, 2014 01:23

Primeiro, pela regra da soma

\frac{\partial }{\partial r}  \left (\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial s}+\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial s}   \right ) = \frac{\partial }{\partial r}  \left (\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial s}\right)+\frac{\partial }{\partial r} \left(\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial s}   \right )

e, depois, pela regra do produto em casa parcela:

\frac{\partial }{\partial r}  \left (\frac{\partial z}{\partial x}\frac{\partial x}{\partial s}\right)  = \left (\frac{\partial x}{\partial s}  \right )\left [ \frac{\partial }{\partial r}\left (\frac{\partial z}{\partial x}  \right ) \right ]  + \left (\frac{\partial z}{\partial x}  \right ) \left (\frac{\partial^2 x}{\partial r \partial s}
  \right )

\frac{\partial }{\partial r}  \left (\frac{\partial z}{\partial y}\frac{\partial y}{\partial s}\right)  = \left (\frac{\partial y}{\partial s}  \right ) \left[ \frac{\partial }{\partial r}\left (\frac{\partial z}{\partial y}  \right )  \right] + \left (\frac{\partial z}{\partial y}  \right ) \left (\frac{\partial^2 y}{\partial r \partial s}
  \right )

Agora basta somar. Mais claro?
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Re: Regra da Cadeia - Parte Grifada

Mensagempor Cleyson007 » Qua Nov 05, 2014 12:39

Obrigado Russman!

Agora ficou mais claro :)
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Seja \alpha o ângulo entre o eixo horizontal e o afixo a. O triângulo é retângulo com catetos 1 e \sqrt{8}, tal que tg \alpha = \frac{1}{sqrt{8}}. Seja \theta o ângulo complementar. Então tg \theta = \sqrt{8}. Como \alpha + \theta = \frac{\pi}{2}, o ângulo que o afixo b formará com a horizontal será \theta, mas negativo pois tem de ser no quarto quadrante. Se b = x+yi, então \frac{y}{x} = \sqrt {8} \Rightarrow y = x\sqrt{8}. Como módulo é um: |b| = \sqrt { x^2 + y^2 } = 1 \Rightarrow x^2 + y^2 = 1 \Rightarrow x^2 + 8x^2 = 1 \Rightarrow x = \frac{1}{3} \Rightarrow y = \frac{\sqrt{8}}{3}.

Logo, o afixo é b = \frac{1 + i\sqrt{8}}{3}.