. Atunci. (a), deci consideraţiile referitoare la derivabilitatea după un vector se pot practic reduce la situaţia în care vectorul este un versor.

Relaterede dokumenter
7. Algoritmi divide et impera

DIDACTICA MATHEMATICA, Vol. 33(2015), pp Andra-Monica Manu

PIESE PT SUPRASTRUCTURI FRIGORIFICE SRL

Grafică pe calculator. Mihai-Sorin Stupariu

Gamle eksamensopgaver (MASO)

DIRECTIVA CONSILIULUI. din 13 decembrie 1976

DOK-facitliste DOK. DOK-facitliste 1

Eksamen i Mat F, april 2006

PC PSI PT JEAN-MARIE MONIER GUILLAUME HABERER CÉCILE LARDON MÉTHODES ET EXERCICES. Mathématiques. méthodes et exercices. 3 e.

Mr. Adam Smith Smith's Plastics 8 Crossfield Road Selly Oak Birmingham West Midlands B29 1WQ

Partielle afledede og retningsafledede

HOTĂRÂREA CURŢII (Camera a treia) 17 decembrie 1987 * Landsorganisationen i Danmark for Tjenerforbundet i Danmark împotriva Ny Mølle Kro

Rejse Almen. Almen - Essentielle. Almen - Samtale. At spørge efter hjælp. At spørge efter om en person snakker engelsk

Integration m.h.t. mål med tæthed

Integration m.h.t. mål med tæthed

Immigration Dokumenter

Calculus Uge

ANCA APĂTEAN. Aspecte de bază în programarea în limbaj de asamblare folosind SIMULATOR DE MICROPROCESOR 8086

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) JANUAR 2006 AARHUS UNIVERSITET.. Beregn den retningsafledede D u f(0, 0).

Eksamen i Mat F, april 2006

Outline. Chapter 6: (cont d) Qijin Chen. November 21, 2013 NH = =6 CH = 15 4

Hotărâre din data 18 noiembrie 1999 Cauza

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

Momenter som deskriptive størrelser. Hvad vi mangler fra onsdag. Momenter for sandsynlighedsmål

Hvad vi mangler fra onsdag. Vi starter med at gennemgå slides fra onsdag.

Computing the constant in Friedrichs inequality

MÅLESTOKSFORHOLD HFB 2012 / 13. Målestoksforhold OP SL AG. Byggecentrum

4. C05-CAPITOLUL 4: PROCEDEE DE TRATARE A AERULUI [ii]

Aplicaţii ale radiaţiilor electromagnetice în domeniul medical

Punktgrupper. Klaus Thomsen

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Multivariate Extremes and Dependence in Elliptical Distributions

8 Regulære flader i R 3

Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Abstrakt. Hvorfor? Funktionsrum. Nils Byrial Andersen Institut for Matematik. Matematiklærerdag 2013

Vektoranalyse INDLEDNING. Indhold. 1 Integraltricks. Jens Kusk Block Jacobsen 21. januar 2008

Asking whether there are commission fees when you withdraw money in a certain country

6.1 Reelle Indre Produkter

Mat H 2 Øvelsesopgaver

Oversigt Matematik Alfa 1, Januar 2003

UGESEDDEL 10 LØSNINGER. = f

GEOMETRI-TØ, UGE 6. . x 1 x 1. = x 1 x 2. x 2. k f

Løsningsforslag til opgavesæt 5

Løb 1, 100m Frisvømning Damer # Nr. Navn Født Klub Licens Bassin Anmtid Status Gotthard Amalie Thirstrup Caroline Friis Elmquist Nicoline

Løsningsforslag til opgavesæt 5

A B C D E Hjemmeværnmuseet's arkiv/depot Søgaard Distrikter - LMD. Reol/hylde Region/distrikt/m.m. Kasse nr. Indhold 2C3 Flyverhjemmeværne 1

Huseftersynsordningen plus, minus ti år -

Differentialregning i R k

Antag at. 1) f : R k R m er differentiabel i x, 2) g : R m R p er differentiabel i y = f(x), . p.1/18

MONOTONE POSITIVE SOLUTIONS FOR p-laplacian EQUATIONS WITH SIGN CHANGING COEFFICIENTS AND MULTI-POINT BOUNDARY CONDITIONS

DOK DOK-facitliste 1. DOK-facitliste

Giovanni Battista PERGOLESI ( ) Transcription pour orgue : R. LOPES

Pontryagin Approximations for Optimal Design of Elastic Structures

Kalkulus 2 - Grænseovergange, Kontinuitet og Følger

S U R P R I N D E V I I T O R U L

CONSILIUL UNIUNII EUROPENE. Bruxelles, 29 aprilie 2009 (19.05) (OR. en) 9241/09 PESC 545 COARM 25 NOTĂ

Sandsynlighed og Statistik

Nøgleord og begreber Analysens hovedsætning Stamfunktioner Itereret integral Test itereret integral Fubinis sætning Test Fubini Eksempler Test produkt

Mr. Adam Smith Smith's Plastics 8 Crossfield Road Selly Oak Birmingham West Midlands B29 1WQ

Noter til Lineær Algebra

Nøgleord og begreber Analysens hovedsætning Stamfunktioner Itereret integral Test itereret integral Fubinis sætning Test Fubini Eksempler Test produkt

Reeksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

Copiii sănătoși cu vârste cuprinse între 0-2 ani într-o tară nouă SUNDE BØRN I ET NYT LAND 0-2 ÅR RUMÆNSK

INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI. TIDLIGERE EKSAMENSOPGAVER MM501 Calculus I, MM502 Calculus II Januar 2006 juni 2010

Formelsamling - MatF2. Therkel Zøllner og Amalie Christensen 27. juni 2009

MASO Uge 8. Invers funktion sætning og Implicit given funktion sætning. Jesper Michael Møller. Department of Mathematics University of Copenhagen

ANEXA I REZUMATUL CARACTERISTICILOR PRODUSULUI

Rejse Almen. Almen - Essentielle. Almen - Samtale. At spørge efter hjælp. At spørge efter om en person snakker engelsk

af koblede differentialligninger (se Apostol Bind II, s 229ff) 3. En n te ordens differentialligning

= λ([ x, y)) + λ((y, x]) = ( y ( x)) + (x y) = 2(x y).

SUPPLERENDE OPGAVER TIL KOMPLEKS FUNKTIONSTEORI F2005

DesignMat Den komplekse eksponentialfunktion og polynomier

Sandsynlighedsteori

MASO Uge 7. Differentiable funktioner. Jesper Michael Møller. Uge 7. Formålet med MASO. Department of Mathematics University of Copenhagen

Trykfejlsliste - alle fejl Asymptotisk teori

DIFFERENTIALLIGNINGER. Mogens Esrom Larsen

Acest document reprezintă un instrument de documentare, iar instituţiile nu îşi asumă responsabilitatea pentru conţinutul său.

Indhold. Litteratur 11


Den homogene ligning. Vi betragter den n te ordens, homogene, lineære differentialligning. d n y dt n. an 1 + any = 0 (1.2) dt. + a1 d n 1 y dt n 1

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Wigner s semi-cirkel lov

GEOMETRI-TØ, UGE 12. A σ (R) = A f σ (f(r))

MATEMATIK 11 Eksamensopgaver Juni 1995 Juni 2001, 4. fjerdedel

Matematik F Et bud på hvordan eksamenssæt løses

Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 2 Transverse motion, Lattices

Calculus II Project. Calculus II Projekt. ( to ) ( til )

Cunoașteți-vă drepturile. destinat tuturor angajaților implicați în lucrările de construcție a metroului uşor în capitală

UGESEDDEL 9 LØSNINGER. Sydsæter Theorem 1. Sætning om implicitte funktioner for ligningen f(x, y) = 0.

Bemærkning Den dobbelte Riemannsum af en funktion f : R R er. 2 Sætning (Polært koordinatskift) For f kontinuert på det polære rektangel

Aristoteles Camillo. To cite this version: HAL Id: hal

Geschäftskorrespondenz Brief

hvor a og b er konstanter. Ved middelværdidannelse fås videre

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Antag X 1, X 2,..., X n er n uafhængige stokastiske variable, hvor Var(X 1 )=σ 2 1,..., Var(X n )=σ 2 n.

ANEXA I REZUMATUL CARACTERISTICILOR PRODUSULUI

Sandsynlighedsregning

Sandsynlighedsregning 9. forelæsning Bo Friis Nielsen

Hamiltons princip. Et systems bane (i konfigurationsrummet) fra t 1 til t 2 er bestemt

Bilag 2 - Spildevandsplan

2 Separation af de variable. 4 Eksistens- og entydighed af løsninger. 5 Ligevægt og stabilitet. 6 En model for forrentning af kapital med udtræk

Transkript:

t 0 Observaţie. Fie u R n, u 0 n, v f(a+tv u ) f t u u u dv u f(a+tu) f u. Atunci du, deci consideraţiile referitoare la derivabilitatea după un vector se pot practic reduce la situaţia în care vectorul este un versor. Exemplu. Fie f : R 3 R, f(x, y, z) sin x + y + z şi u (, 1, ). Atunci 5 cos 5. du f(a+tu) f f(t,4+t,3 t) f(0,4,3) sin (0, 4, 3) 4t +(4+t) +(3 t) sin 5 Propoziţie. Dacă e i (0, 0,...1, 0,..., 0), i 1, n sunt versorii bazei canonice, atunci f. de i Într-adevăr, de i f. f(a+te i) f f(a 1,a,...,a i 1,a i+t,a i+1,...,a n) f(a 1,a,...,a i 1,a i,a i+1,...,a n) Observaţie. Funcţiile derivabile într-un punct după orice versor nu sunt neapărat continue în punctul respectiv (vezi probleme propuse). Prezentăm în cele ce urmează următoarea formă în R n a teoremei lui Lagrange: Teoremă (de medie). Fie D R n o mulţime deschisă şi convexă şi fie f : D R, o funcţie derivabilă pe orice direcţie în orice punct din D. Atunci, a, b D, c (a, b) (segmentul deschis din R n de capete a, b) astfel încât f(b) f d(b a) (c). Demonstraţie. Definim, ca şi în precedent, funcţia ϕ : [0, 1] R, ϕ(t) f(a + t(b a)), t [0, 1]. Evident, deoarece mulţimea D este convexă, atunci t [0, 1], a + t(b a) [a, b] D, deci ϕ este bine definită. Observăm că ϕ este derivabilă în orice punct din [0, 1] : t 0 [0, 1], ϕ(t) ϕ(t 0 ) f(a + t(b a)) f(a + t 0 (b a)) t t 0 t t 0 t t0 t t 0 Mai mult, ϕ (t) t t0 f(a + t 0 (b a) + (t t 0 )(b a)) f(a + t 0 (b a)) t t 0 f(a + t 0 (b a) + s(b a)) f(a + t 0 (b a)) s 0 s d(b a) (a + t 0(b a)). d(b a) (a + t(b a)), t [0, 1]. 1

Aplicând teorema lui Lagrange funcţiei ϕ, θ (0, 1) astfel încât ϕ(1) ϕ(0) ϕ (θ). Notând c a + θ(b a) (a, b), rezultă că f(b) f d(b a) (c). Consecinţă. Dacă D R n este o mulţime deschisă şi convexă şi f : D R este o funcţie derivabilă cu derivata nulă pe orice direcţie, în orice punct din D, atunci f este constantă pe D. Demonstraţie. Din teorema de medie rezultă că f(b) f, a, b D, de unde concluzia. FUNCŢII DIFERENŢIABILE. Să amintim pentru început următoarea noţiune din cazul funcţiilor reale de o variabilă reală: Fie f : (a, b) R R şi t 0 (a, b). Funcţia f este derivabilă în t 0 dacă există şi este finită ita, care se notează cu f (t 0 ) şi se numeşte f(t) f(t 0) t t0 t t 0 derivata funcţiei f în punctul t 0. De asemenea, se cunoaşte faptul că f este derivabilă în t 0 dacă şi numai dacă f este diferenţiabilă în t 0, adică există o aplicaţie liniară T (t 0 ) : R R (numită diferenţiala lui f în t 0 ), h R T (h) f (t 0 )h R, astfel încât f(t) f(t 0) T (t t 0) t t t t 0 0. 0 Fie D R n o mulţime deschisă, F : D R m, a D (deci S(a, r) D). Este natural să dăm următoarea definiţie: Definiţie. i) Funcţia F se numeşte diferenţiabilă în punctul a dacă există un operator liniar T : R n R m astfel încât F (x) F T (x a) (D) 0. x a ii) Funcţia F se numeşte diferenţiabilă pe D dacă este diferenţiabilă în orice punct din D. Observaţie. i) Notând x a h, (D) se poate scrie sub forma echivalentă (D F (a + h) F T (h) ) 0. h 0 h { F (x) F T (x a) ii) Notând α(x) x a, x D, x a 0, x a scrie sub forma echivalentă: x D,, atunci (D) se poate (D ) F (x) F + T (x a) + α(x) x a,

unde α(x) α 0, sau, echivalent, (D ) F (a + h) F + T (h) + α(a + h) h, h R n, cu a + h D şi h 0 α(a + h) α 0. Definiţie. Numim diferenţiala funcţiei F în punctul a, aplicaţia liniară T : R n R m, T not df, h R n df (h) R m (diferenţiala lui F în punctul a calculată în h). Observaţie. Dacă m 1, n 1, se obţine definiţia diferenţiabilităţii (care echivalează cu definiţia derivabilităţii) pentru funcţii reale de o variabilă reală. Teoremă. Dacă există, diferenţiala unei funcţii într-un punct este unică. Demonstraţie. Presupunem, prin reducere la absurd, că există doi operatori liniari diferiţi T, S : R n R m F (x) F T (x a) astfel încât x a 0 (T S)(x a) şi 0. Atunci x a 0, adică, echivalent, F (x) F S(x a) x a (T S)(h) h 0 ( ). h 0 Pe de altă parte, deoarece T S, există h 0 R n (h 0 0) aşa încât T (h 0 ) S(h 0 ). (T S)(th Din ( ) rezultă în particular că 0) (T S)(h t 0,t>0 th 0 0, deci 0) t 0,t>0 h 0 (T S)(h 0) h 0 0, de unde T (h 0 ) S(h 0 ), contradicţie. Condiţii necesare de diferenţiabilitate. Teoremă (legătura dintre diferenţiabilitate şi continuitate). Orice funcţie F : D R n R m diferenţiabilă într-un punct a D este continuă în a. (Prin urmare, dacă o funcţie nu este continuă într-un punct, nu este nici diferenţiabilă în acel punct). Demonstraţie. Deoarece F este diferenţiabilă în a, există un operator liniar T : R n R m şi o aplicaţie α : D R n R m, cu α(x) α 0, astfel încât x D, F (x) F + T (x a) + α(x) x a, de unde, întrucât operatorul liniar T este continuu, avem F (x) F, adică F este continuă în a. Observaţie. Reciproca teoremei anterioare nu este adevărată: există funcţii continue într-un punct, care nu sunt diferenţiabile în punctul respectiv, după cum se va vedea într-un exemplu următor. 3

Teoremă (legătura dintre diferenţiabilitate şi derivabilitatea după o direcţie). Dacă f : D R n R este diferenţiabilă în a D, atunci f este derivabilă în a după orice direcţie u 0 şi (u) du. Demonstraţie. Deoarece a D şi D este mulţime deschisă, S(a, r) D. u R n \{0}, δ r u astfel încât t R, cu t < δ, a + tu S(a, r) D. Prin urmare, deoarece f este diferenţiabilă în a D, f(a + tu) f T (tu) + α(a + tu) tu T (u) (u) (T (u) + t α(a + tu) u ) există şi este finită, deci f este derivabilă în a după u şi (u) du. Observaţie. Reciproca acestui rezultat nu este adevărată (aşa cum am văzut deja, există funcţii derivabile după orice vector nenul, dar care nu sunt continue, deci nici diferenţiabile într-un punct). Consecinţă (legătura dintre diferenţiabilitate şi derivabilitatea parţială). Dacă f : D R n R este diferenţiabilă în a D, atunci f este derivabilă parţial în raport cu orice variabilă în a şi (h) n f h i, h (h 1,..., h n ) R n. i1 Demonstraţie. Conform teoremei precedente, f este derivabilă în a după orice direcţie u 0, deci şi după versorii bazei canonice. Există aşadar f R, i 1, n şi (e i ) de i f. Atunci h (h 1,..., h n ) R n, (h) ( n h i e i ) i1 Observaţie. Prin urmare, n (e i )h i i1 T (x a) (x a) n f h i. i1 n f (x i a i ). Observaţie. Reciproca teoremei anterioare nu { este adevărată: xy Exemplu. Fie funcţia f : R R, f(x, y) x +y 0, (x, y) (0, 0). Vom arăta că deşi funcţia f este continuă şi admite derivate parţiale în (0, 0), nu este diferenţiabilă în (0, 0). Într-adevăr, dacă am presupune prin reducere la absurd că f este diferenţiabilă în (0, 0), aceasta ar însemna că (x,y) (0,0) xy (x,y) (0,0) x +y i1 f(x,y) f(0,0) [ f f x (0,0)(x 0)+ y (0,0)(y 0)] x +y 0, adică (x,y) (0,0) 0, contradicţie, deoarece ultima ită nu există. xy x +y x +y 4

Condiţii suficiente de diferenţiabilitate. După cum am remarcat, continuitatea unei funcţii, ca de altfel nici derivabilitatea sa parţială într-un punct nu garanteaza diferenţiabilitatea funcţiei în punctul respectiv. Totuşi, aşa cum vom demonstra în cele ce urmează, existenţa derivatelor parţiale pe o vecinătate a unui punct şi continuitatea acestora în punct antrenează diferenţiabilitatea funcţiei în punctul respectiv: Teoremă (criteriu de diferenţiabilitate). Fie f : D R n R, a D. Dacă f este parţial derivabilă în raport cu toate variabilele pe o vecinătate deschisă V V D şi dacă toate derivatele sale parţiale sunt continue în a, atunci f este diferenţiabilă în a. Demonstraţie. Pentru uşurinţa scrierii, vom presupune că n 3. Deci a (a 1, a, a 3 ). Fără a restrânge generalitatea, presupunem că V S(a, r) D. Considerăm x (x 1, x, x 3 ) S(a, r) oarecare. Avem: f(x 1, x, x 3 ) f(a 1, a, a 3 ) [f(x 1, x, x 3 ) f(a 1, x, x 3 )]+[f(a 1, x, x 3 ) f(a 1, a, x 3 )]+[f(a 1, a, x 3 ) f(a 1, a, a 3 )]. Observăm că (a 1, x, x 3 ), (a 1, a, x 3 ) S(a, r) D, deci scrierea de mai sus este corectă. Fie ϕ(t) f(t, x, x 3 ), t [a 1, x 1 ] (sau [x 1, a 1 ]). Deoarece f este parţial derivabilă în raport cu toate variabilele pe S(a, r), rezultă că funcţia de o variabilă ϕ este derivabilă, deci şi continuă pe [a 1, x 1 ] (sau [x 1, a 1 ]). Aplicând Teorema lui Lagrange funcţiei ϕ, ξ 1 (a 1, x 1 ) (sau (x 1, a 1 )) astfel încât f(x 1, x, x 3 ) f(a 1, x, x 3 ) ϕ(x 1 ) ϕ(a 1 ) ϕ (ξ 1 )(x 1 a 1 ) f (ξ 1, x, x 3 )(x 1 a 1 ). Similar, ξ (a, x ) (sau (x, a )), ξ 3 (a 3, x 3 ) (sau (x 3, a 3 )) astfel încât în final avem 5

f(x 1, x, x 3 ) f(a 1, a, a 3 ) f (ξ 1, x, x 3 )(x 1 a 1 ) + f (a 1, ξ, x 3 )(x a ) + + f x 3 (a 1, a, ξ 3 )(x 3 a 3 ) f (a 1, a, a 3 )(x 1 a 1 ) + f (a 1, a, a 3 )(x a ) + + f (a 1, a, a 3 )(x 3 a 3 ) + x 3 +{[ f (ξ 1, x, x 3 ) f (a 1, a, a 3 )] x (x 1 a 1 ) + }{{ 1 } α 1(x) +[ f (a 1, ξ, x 3 ) f (a 1, a, a 3 )] x (x a ) + }{{ } α (x) +[ f (a 1, a, ξ 3 ) f (a 1, a, a 3 )] x 3 x (x 3 a 3 )}. }{{ 3 } α 3(x) Dacă x (x 1, x, x 3 ) a (a 1, a, a 3 ), atunci x 1 a 1, x a, x 3 a 3, de unde ξ 1 a 1, ξ a, ξ 3 a 3. Folosind continuitatea derivatelor parţiale în (a 1, a, a 3 ), rezultă că α i (x) 0, i 1, 3, şi, ţinând seama că xi ai este mărginit, i 1, 3, rezultă că 0. x a f(x 1,x,x 3) f(a 1,a,a 3) [ f x (a 1 1,a,a 3)(x 1 a 1)+ f x (a 1,a,a 3)(x a )+ f x (a 3 1,a,a 3)(x 3 a 3)] (x (x 1,x,x 3) (a 1,a,a 3) 1,x,x 3) (a 1,a,a 3) Prin urmare, f este diferenţiabilă în a. Definiţie. Fie f : D R n R. Spunem că f este de clasă C 1 pe D (şi notăm aceasta prin f C 1 (D)) dacă f este parţial derivabilă în raport cu toate variabilele pe D şi toate derivatele sale parţiale sunt continue pe D. Consecinţă. Dacă f C 1 (D), atunci f este diferenţiabilă pe D. Reciproca acestui rezultat nu este adevărată (vezi probleme propuse). Teoremă (de reducere la componente pentru funcţii vectoriale). O funcţie F (f 1, f,..., f m ) : D deschis R n R m este diferenţiabilă în a D dacă şi numai dacă toate funcţiile componente f 1, f,..., f m : D R n R sunt diferenţiabile în a. Mai mult, diferenţierea se face pe componente: df (h) ( 1 (h), (h),..., m (h)), h R n. Demonstraţie. F (f 1, f,..., f m ) este diferenţiabilă în a dacă şi numai dacă există un operator liniar T (t 1, t,..., t m ) : R n R m şi o aplicaţie 6

α (α 1, α,..., α m ) : D R n R m, cu α(x) α 0, astfel încât x D, F (x) F + T (x a) + α(x) x a, adică, echivalent, x D, f 1 (x) f 1 + t 1 (x a) + α 1 (x) x a f (x) f + t (x a) + α (x) x a... f m (x) f m + t m (x a) + α m (x) x a, unde aplicaţiile t 1, t,..., t m : R n R sunt liniare şi α i (x) α i 0, i 1, m. Aceasta înseamnă că, echivalent, i 1, m, f i este diferenţiabilă în a. În plus, T df (t 1, t,..., t m ) ( 1,,..., m ). Exemplu. Fie F : R R 3, F (x, y) (x y, xy + y, x 3 ). Să calculăm df (1, )(h 1, h ), unde (h 1, h ) R este oarecare. Fie f 1, f, f 3 : R R, f 1 (x, y) x y, f (x, y) xy + y, f 3 (x, y) x 3. Evident, f 1, f, f 3 C 1 (R ), deci sunt diferenţiabile pe R şi în consecinţă F este diferenţiabilă pe R. 1 (1, )(h 1, h ) f1 x (1, )h 1 + f1 y (1, )h 4h 1 + h, (1, )(h 1, h ) f x (1, )h 1 + f y (1, )h h 1 + 5h, 3 (1, )(h 1, h ) f3 x (1, )h 1 + f3 y (1, )h 3h 1, de unde df (1, )(h 1, h ) (4h 1 + h, h 1 + 5h, 3h 1 ). Operaţii cu funcţii diferenţiabile. Propoziţie. Fie D R n o mulţime deschisă. i) Dacă F, G : D R m sunt diferenţiabile în a D, atunci: a) F + G este diferenţiabilă în a şi d(f + G) df + dg; b) λ R, λf este diferenţiabilă în a şi d(λf ) λdf ; ii) Dacă F : D R, G : D R m sunt diferenţiabile în a D, atunci F G este diferenţiabilă în a şi d(f G) F dg + G df. h 0 Demonstraţie. i) a) Fie T df şi S dg. Avem: F (a+h) F T (h) h 0 h G(a+h) G S(h) 0 şi h 0 h 0, de unde (F +G)(a+h) (F +G) (T +S)(h) h 0, deci concluzia are loc, deoarece T + S : R n R m este de asemenea operator liniar. b) se raţionează asemănător. ii) Din ipoteză, există α : D R, cu α(x) α 0, astfel încât x D, F (x) F + df (x a) + α(x) x a şi există β : D R m, cu 7

β(x) β 0, astfel încât x D, G(x) G + dg(x a) + β(x) x a. T df şi S dg sunt operatori liniari, T : R n R, S : R n R m. Atunci x D\{a}, (F G)(x) F (x) G(x) (F + T (x a) + α(x) x a ) (G + S(x a) + β(x) x a ) (F G) + [F S + G T ](x a) + + x a γ(x), unde γ(x) G α(x) + α(x) S(x a) + x a α(x) β(x) + T (x a) S(x a) +F β(x) + β(x) T (x a) +. x a S T {}}{{}}{ Deoarece F dg+ df G este un operator liniar, rămâne să arătăm că γ(x) 0. Într-adevăr, deoarece orice operator liniar este continuu, avem + T (x a) S(x a) x a γ(x) G α(x) + F + [α(x) S(x a) + β(x) T (x a) + +α(x) β(x) x a ] + S(x a) T (x a) 0, x a deoarece T (x a) T (0) 0, iar S(x a) S(x a) x a x a operator liniar, deci funcţie lipschitziană). L (S fiind Matrice jacobiană Fie acum F (f 1, f,..., f m ) : D deschis R n R m diferenţiabilă în punctul a D. Atunci i 1, m, f i : D R n R este diferenţiabilă, deci derivabilă parţial în raport cu toate variabilele în a D. Introducem matricea asociată diferenţialei T df : R n R m (care este operator liniar) a funcţiei F în punctul a D : ( ) J F fi x j i1,m j1,n f 1 f1... f1 f... f... f m fm... fm 8 M m,n(r)

numită matricea jacobiană a funcţiei F în punctul a. (denumirea este dată în onoarea matematicianului german Carl Jacobi). Evident, dacă f : D R R, atunci J f f. În situaţia în care m n, J F este matrice pătratică, iar f 1 f1... f1 det J F D(f1,...fn) D(x 1,...x n) f... f... f n fn... fn se numeşte determinantul jacobian (jacobianul) (determinantul funcţional) al lui F în a. Exemple. 1) Coordonate polare. Fie funcţia vectorială F : R + [0, π) R, F (ρ, θ) (ρ cos θ, ρ sin θ), (ρ, θ) R + [0, π). Observăm că F exprimă { legătura dintre coordonatele carteziene şi coordonatele polare în plan: ρ > 0, θ [0, π). x ρ cos θ y ρ sin θ, F este diferenţiabilă pe D deschis R + [0, π) deoarece f 1, f : R + [0, π) R sunt diferenţiabile pe D (fiind de clasă C 1 ), unde f 1 (ρ, θ) ρ cos θ, f (ρ, θ) ρ sin θ. J F (ρ, θ) ( f1 f 1 ρ θ ρ θ det J F (ρ, θ) D(f1,f) D(ρ,θ) ) Coordonate cilindrice f 1 ρ f 1 θ f 1 z ρ f 3 ρ θ f 3 θ z f 3 z ) ( ) cos θ ρ sin θ, sin θ ρ cos θ cos θ ρ sin θ sin θ ρ cos θ ρ(cos θ + sin θ) ρ. Fie funcţia vectorială F : R + [0, π) R R 3, F (ρ, θ, z) (ρ cos θ, ρ sin θ, z). x ρ cos θ y ρ sin θ, ρ > 0, θ [0, π), z R. z z Observăm că F exprimă legătura dintre coordonatele carteziene şi coordonatele cilindrice în spaţiu. F este diferenţiabilă pe D deschis R + [0, π) R deoarece f 1, f, f 3 : R + [0, π) R R sunt diferenţiabile pe D (fiind de clasă C 1 ), unde f 1 (ρ, θ, z) ρ cos θ, f (ρ, θ, z) ρ sin θ, f 3 (ρ, θ, z) z. cos θ ρ sin θ 0 J F (ρ, θ, z) sin θ ρ cos θ 0, 0 0 1 9

ρ. det J F (ρ, θ, z) D(f1,f,f3) D(ρ,θ,z) cos θ ρ sin θ 0 sin θ ρ cos θ 0 0 0 1 ρ(cos θ + sin θ) Probleme propuse. { xy 1. Fie funcţia f : R R, f(x, y) x +y 0, (x, y) (0, 0). i) Arătaţi că funcţia f este continuă şi admite derivate parţiale în (0, 0), dar nu este diferenţiabilă în (0, 0). ii) Arătaţi că funcţia f este diferenţiabilă pe R \{(0, 0)}. { (x. Fie funcţia f : R + y 1 ) sin R, f(x, y) x +y 0, (x, y) (0, 0). Arătaţi că f este diferenţiabilă pe R, dar nu este de clasă C 1 pe R. 3. Studiaţi diferenţiabilitatea pe R a funcţiilor următoare f : R R: i) f(x, y) xy ; ii) f(x, y) 3 { xy; xy 3 iii) f(x, y) x4 +y4 0, (x, y) (0, 0); { x y iv) f(x, y) x 6 +y 0, (x, y) (0, 0); { x y x v) f(x, y) +y 0, (x, y) (0, 0). 4. Pornind de la definiţie, arătaţi ca funcţia f(x, y) x 3 + xy + y este diferenţiabilă în (1, 1). Cum se poate stabili altfel, mai simplu, acest rezultat? Este funcţia diferenţiabilă şi în rest? 5. Dacă a R n, iar F : R n R m este, pe rând: a) o funcţie constantă; b) un operator liniar, arătaţi că F este diferenţiabilă şi calculaţi df. 6. Fie F : R R 3, F (x, y) (x y, xy + y, x 3 ). Scrieţi J F (1, ). 7. Arătaţi că funcţia f : S((0, 0), r) R R îndeplinind condiţia f(x, y) x + y, (x, y) S((0, { 0), r), este diferenţiabilă în (0, 0). 8. Fie f : R x 3 y R, f(x, y) x 6 +y 0, (x, y) (0, 0). Studiaţi: i) diferenţiabilitatea lui f în (0, 0); ii) continuitatea în (0, 0) pentru funcţia g : R R, g(x, y) ( f x f (x, y), y (x, y)). 9. Fie f : R R, f(x, y) x+y x +y +1. Arătaţi că f este diferenţiabilă pe R. 10

10. Cercetaţi dacă f : R R, f(x, y) diferenţiabilă în (0, 0). { x 3 x +y 0, (x, y) (0, 0) 11. Studiaţi dacă derivatele { parţiale mixte de ordin în (0, 0) coincid pentru x 3 funcţia f : R (x y ) R, f(x, y) (x +y ) 0, (x, y) (0, 0). Cercetaţi dacă funcţia este diferenţiabilă pe R. 1. Scrieţi matricea jacobiană şi calculaţi determinantul (dacă este posibil) pentru următoarele funcţii vectoriale: i) F (x, y) (x + y, xy), (x, y) R ; ii) F (x, y) (x + cos y, y sin x), (x, y) R ; iii) F (x, y) (xe y, e xy, y ), (x, y) R ; iv) F (x, y, z) (x + z, y + z ), (x, y, z) R 3. 13. Fie f : R 3 R, f(x, y, z) x cos(y sin z). Motivaţi diferenţiabilitatea funcţiei f şi, în caz afirmativ, calculaţi (0, π, π). este 11