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Calculo de Diversas Variables

Date post: 18-Feb-2018
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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables http://slidepdf.com/reader/full/calculo-de-diversas-variables 1/62 R n  
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         Rn

 

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  (Rn, +, ·)    Rn 

  Rn 

  Rn 

 Rn

 

 

 

   Rn

 

 

 

 

 

     

 

 

 C1

 

 

 

     

  C k.  

 

 

 

 

 

 

  Rn  

 

 

 

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  (Rn, +, ·)    Rn

 

 Rn = {u = (x1, · · ·  , xn) : x j ∈ R, j  = 1, · · ·  , n}

 

  + : Rn × Rn → Rn  

(x1, · · ·  , xn) + (y1, · · ·  , yn) = (x1 + y1, · · ·  , xn + yn),

  ·   : R× Rn → Rn  

λ(x1, · · ·  , xn) = (λx1, · · ·  , λxn),

  (Rn, +, ·)  

 Rn

 

  0 ∈ Rn  

  0 = (0, · · ·  , 0) 

uv

u− v

u+ v

  Rn = { p  = (x1, · · ·  , xn) :  x j ∈  R, j   = 1, · · ·  , n}  

 n  

  T   : Rn×(Rn, +, ·) → Rn    p = (x1, · · ·  , xn)    u = (y1, · · ·  , yn) 

  T ( p, u) = (x1 + y1, · · ·  , xn + yn)    T ( p, u) = p + u  

Rn  

  p, q   

  → pq   

  p    q   

q     p    → pq = ”q − p”    p  

 

→0 p 

 Rn

 

 

  p    q     Rn   2 p−q   

  T (0, 2→0 p − →

0q ) = ”2 p−q ”  

  2 p−q     T (0, 2→0 p − →

0q ) 

 

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 Rn

 

 

 

 

•    x, y    z     f   :  Rn →Rm

  f (x)    x = (x1, · · ·  , xn)  

f (y)     f (z )    R2

 

f (x, y)    (x, y)  

  R3   f (x,y,z )  

 

 

•  

    A    B    Rn,    λ ∈ R,  

 

∗  A

∩B =

 {x ∈Rn :   x

 ∈ A    x

 ∈ B

}.

∗   A ∪ B = {x ∈ Rn :   x ∈ A     x ∈ B}.∗   Ac = Rn \ A = {x ∈ Rn :   x /∈ A}.∗   A + B = {z  ∈ Rn :   z  =  x + y x ∈ A, y ∈ B}.∗   A − B = {z  ∈ Rn :   z  = x − y x ∈ A, y ∈ B}.∗   λA = {z  ∈ Rn :   z  =  λx, x ∈ A, λ ∈ R}.∗   A \ B = {x ∈ A  :   x /∈ B}.

   {Aα}α∈A  

 

α∈A

Aα  

α∈A

Aα  

   

∗  (Ac)c = A  

∗   (A ∩ B)c = Ac ∪ Bc  

α∈A

c

=α∈A

Acα  

∗   (A ∪ B)c = Ac ∩ Bc  

α∈A

c

=α∈A

Acα  

∗   A \ B = A ∩ Bc 

B ∩Ac = B \A

A ∩Bc = A \B

A ∩B = (Ac ∪Bc)c

Ac ∩Bc = (A ∪B)c

A

B

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(Rn, +, ·)    Rn  

 

 ·  

 

  B 

  C   

  ·    (a, b)(x − a)2

A2  +

 (y − b)2

B2  = 1

  (a, b)A(x − a)2 − (y − b) = 0

  (a, b)(x − a)2

A2  − (y − b)2

B2  = 1

 ·    (a,b,c)(x − a)2

A2  +

 (y − b)2

B2  − (z  − c)2

C 2  = 0

  ·    (a,b,c)(x − a)2

A2  +

 (y − b)2

B2  +

 (z  − c)2

C 2  = 1

 ·    (a,b,c)A(x − a)2 + B(y − b)2 − (z  − c) = 0

 ·  

  (a,b,c)(x − a)2

A2  +

 (y − b)2

B2  − (z  − c)2

C 2  = 1

 ·  

  (a,b,c)(x − a)2

A2  − (y − b)2

B2  − (z  − c)2

C 2  = 1

  x,y,z     x2 − y  = 0   x − y2 = 0  

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 Rn

      x  = (x1, · · ·  , xn)    y  = (y1, · · ·  , yn)  

Rn  

x, y =  x · y =

nk=1

xkyk  = x1y1 + · · · + xnyn.

  x,y,z  ∈ Rn   λ ∈ R

 

 x, y = y, x

 

  x, x ≥ 0,    x, x = 0    x = 0 

  x + z, y = x, y + z, y 

  λx,y =  λx, y 

        E   

·, ·   : E  × E   →   R

(x, y)   → x, y   x,y,z  ∈

E     λ ∈ R 

  E     ·, ·      

     

x ∈ Rn  

x =√ 

x · x   =

  nk=1

x2k

1/2

.

        E   

·   : E 

  →  R

x   → x  

  x ≥ 0    x = 0    x = 0 

 λx = |λ|x

   λ ∈ R    x ∈ E  

 x + y ≤ x + y

   x, y ∈ E       

  E     ·      

x    x = 1     

  x = 0    y =  x

x  

  x · y    x  = √ 

x · x

 

|xk

| ≤ x

   k = 1,

· · · , n  

√ λ2 =

 |λ

|  

 

  x = 0    y  = 0  

  0     x    y    x − y2 = x2 + y2 −2xy cos θx,y    θx,y    x    y  

 x − y2 = x2 − 2x · y + y2

 

x · y = xy cos θx,y  

  |x · y| ≤ xy  

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  Rn  

 

x + y2 = x2 + 2x · y + y2 ≤ x2 + 2xy + y2 = (x + y)2,

  x + y ≥ 0    x + y ≥ 0  

  x·y = xy cos θx,y    x, y    

      x · y = 0 

 

    x, y    E     ·, ·  

    x, y = 0    x    y    x ⊥ y  

 

 

    x, y

 ∈ E         x    y    Πyx

 

Πyx =  λy    (x − Πyx) ⊥ y.

  y = 0    Πyx =   x,yy,y y  

u

v

Πvu

u− Πvu

    u   = (2, 2, 0)    v   =(2, 0, 2)  

Πvu =   u·vv2 v =   4

8(2, 0, 2) = (1, 0, 1)  

  Rn  

 

 

    ·, ·  

  E   

x = x, x1/2   E  

       x, y ∈ Rn   |x, y| ≤ xy  

 x, y  = xy

   x  =  λy    y  =  λx  

λ ≥ 0  

 ·

 

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 ·      x

   E     x, y ∈ E   

| x − y | ≤ x − y 

    x   = y  + (x − y) ≤y + x − y    x − y ≤ x − y    x    y    y − x ≤y − x = x − y    x − y ≥ −x − y 

 

    x    y  

•      x    y    x + y2 = x2 + y2.•

   ·    x + y2 + x − y2 = 2x2 + 2y2.

 

 Rn

 

x

1 = n

k=1

|xk

|  x∞  = maxk=1,··· ,n |xk|  

x∞ ≤ x ≤ x1 ≤ nx∞,

 

|xk| ≤   maxk=1,··· ,n

|xk| ≤

  nk=1

x2k

1/2

≤n

k=1

|xk| ≤ n   maxk=1,··· ,n

|xk|.

 Rn

 

  d(x, y) = x−y  

 Rn

  dist(x, y) =

  →xy

   

  E   

    X     d(·, ·) :  X  × X  →  R  

  d(x, y) = d(y, x)   d(x, y) ≥ 0    d(x, y) = 0    x =  y   d(x, y) ≤ d(x, z ) + d(z, y)     

 x,y,z  ∈ X.   X     (X, d(·, ·)).

 

|d(x, y) − d(y, z )| ≤ d(x, z ) .

 

    E     d(x, y) = x − y  

  E.  

d(x + z, y + z ) = d(x, y) 

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  Rn  

 Rn

 

 {xk = (xk

1, . . . , xkn)}k  

  Rn 

    {xk}k ⊂  Rn   x = (x1, . . . , xn),   lim

k→∞xk − x = 0,    ε > 0    kε  

  xk − x < ε    k > kε.

  limk→∞

xk = x,    xk → x    k → ∞,    xk → x  

  Rn 

 R

 

   

  xk → x   xk

 j →  x j    1 ≤ j ≤ n.

   

  0 ≤ |xk j − x j| ≤ xk − x ≤

n j=1

|xk j − x j|

 

   

limk→∞

(xk1, . . . , xk

n) =

limk→∞

xk1, . . . ,   lim

k→∞xkn

,

 

 

 Rn

  n  

  R  

  limk→∞(1/k,k sin(1/k)) = (0, 1).

 ·    

   

  R  

    x,  

0 ≤

x−

y ≤

x−

xk

+

xk

−y

 < ε    k > K ε

  ε > 0.    x − y = 0    x =  y.  

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 Rn

 

 Rn

 

 

    x ∈ Rn   r > 0  

B(x, r) = {y ∈  Rn :   d(x, y)  < r}  = {y ∈  Rn : y − x < r}  

    x    r  

 A ⊂ Rn  Rn

 

 {B(x, r)}r>0    A    Ac

 

    A    Rn 

•    x ∈ Rn       A    r > 0    B(x, r) ∩ A = ∅ 

  x    A 

∗  

  B(x, r)    Ac  

    x ∈   Rn       A    r >   0  

B(x, r) ⊂ A    r > 0     B(x, r)    Ac 

      A    A  

  Ao 

    x ∈ Rn         A    B(x, r)

  A    Ac  

A    F r(A)  

  F r(A) = A \ Ao 

  A =  Ao ∪ F r(A)    Ao ∩ F r(A) = ∅ 

∗    A \ {x}  

    x

 ∈Rn

      A    B(x, r)  

  A    x    A   A

 

    A \ A        x  

  A    r > 0    B(x, r) ∩ A = {x} 

 P I     A =  A∪P I     A∩P I  =∅ 

•    x ∈ Rn

      A    x ∈ (A)c   r > 0   B(x, r) ⊂ Ac

  A    Ext(A)  

 p0

 p1

 p2

 p3

Ao

Fr(A) \ { p3}

Ext(A)

A

 p3punt aıllat  ∈  F r(A)

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  Rn  

  A    A   F r(A)  

 

    A    Rn  

   x ∈

 A  

  {yk

}k

 ⊂ A  

yk → x  

   x ∈ A  

  {yk}k ⊂ A \ {x}  

  yk → x  

   x ∈  F r(A)    {yk}k ⊂  A  

{z k}k ⊂ Ac   yk → x    z k → x  

   

  A  

 {yk}k ⊂ A    x ∈  Rn

 

  x ∈ A  

   

x ∈   A  

  k  ∈   N  

  yk

∈   A ∩B(x, 1/k)    yk − x <  1/k → 0    k → +∞  

 {yk}k ⊂  A    yk →  x    ε > 0    kε  

yk − x < ε    k > kε    ε >  0     B(x, ε) ∩ A = ∅ 

  x ∈   A    k ∈   N 

  yk ∈ (A \ {x}) ∩ B(x, 1/k)    yk − x < 1/k → 0    k → +∞ 

  {yk}k ⊂ A \ {x}    yk → x    ε > 0    kε  

  0 < yk − x < ε    k > kε    ε > 0     B(x, ε) ∩ A \ {x}) = ∅ 

  F r(A) = A ∩ Ac  

    A   =

 {(x, y)

 ∈  R2; 1   < x2 + 2y2

≤  4

} ∪{(0, 0), (1, 0)}.     P 0   = (0, 0)      P 0  

  A    δ >   0  

 p − P 0 ≥ δ     p ∈ A \ {P 0} 

   p   = (x, y) ∈   A \ {(0, 0)}     p − P 0   = (x, y)   = (x2 +  y2)1/2 ≥

(x2 + 2y2)1/2/√ 

2 ≥   1√ 2

   δ  = 1/√ 

    P 1  = (1, 1)    A   

{ pk} ⊂ A    pk → P 1    1 <  12 + 2 12 = 3 ≤ 4     P 1 ∈ A  

   pk  = P 1  

    P 1  = (1, 1)    A   

{ pk} ⊂ A \ {P 1}  

  pk → P 1  

  pk  = (xk, yk) = (1 + 1/k, 1)  

 pk → P 1    x2k + 2y2

k  = (1 + 1/k)2 + 2    1 < x2k + 2y2

k ≤ 4    k ≥ 3  

    P 2  = (1, 0)    F r(A)      P 2 ∈  A ∩ Ac 

 { pk} ⊂   A  

  {q k} ⊂   Ac    pk →   P 2  

q k → P 2  

   pk    pk   = (1, 0)      (1, 0) ∈  A    q k   =(z k, wk) = (1 − 1/k, 0)    k ≥   2    q k   =∈   Ac

  0   <z 2k + 2w2

k  = (1 − 1/k)2 < 1    k ≥ 2  

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     A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      R    n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A    o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A 

     A    o

     A    o

   •   p   ∈     A    o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   ε    >

      0

     A     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     B

      (   p ,   ε      )   ⊂     A

 

 

 

     A 

   •   p   ∈     A     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   ε    >

      0

     A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A 

     B      (   p ,   ε      )    ∩     A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   •   p   ∈     A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   ε    >

      0

     A          \     A    o

   •   p   ∈     A     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     B      (   p ,   ε      )    ∩     A

       =     ∅

 

     F   r      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A 

     {   p      k     }      k     ∈      N

   ⊂     A     \     {   p     }

 

 

 

 

 

 

   p      k

   →

   p 

   •   p   ∈     A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   •   p   ∈     F   r      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     {   p      k

     }      k     ∈      N

   ⊂     A

 

 

 

 

 

 

   p      k

   →

   p

   ε    >

      0 

 

 

 

     B      (   p ,   ε      )    ∩     A

       =     ∅

 

     B      (   p ,   ε      )    ∩

     A    c

       =     ∅

     A     i     l     l      (     A      )

     A     i     l     l      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      R    n

   •   p   ∈     F   r      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A

     {   p      k

     }      k     ∈      N   ⊂

     A

 

     {   q      k

     }      k     ∈      N

   ⊂     A    c

   •   p   ∈     A     i     l     l      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   ε    >      0

     E   x     t      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

   p

      k

   →

   p 

   q      k

   →

   p 

 

 

 

 

 

 

     B      (   p ,   ε      )    ∩     A

   =

     {   p     }

 

     E   x     t      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A 

     E   x     t      (     A      )

     E   x     t      (     A      )

     E   x     t      (     A      )

   •   p   ∈     E   x     t      (

     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   ε    >

      0

 

 

 

 

 

 

     B      (   p ,   ε      )    ∩     A

   =

     ∅ 

 

 

 

 

 

 

     B      (

   p ,   ε      )   ⊂     A    c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      R    n

   =

     A    o

    ∪     F   r      (     A      )    ∪     E   x     t      (     A

      ) ,

 

     A    o ,

     F   r      (     A      )

 

     E   x     t      (     A      )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     A

   =

     A    o

    ∪     F   r      (     A      )

     E   x     t      (     A      )   =

     A    c

 

     E   x     t      (     A      )

   =

      (     A    o      )    c

     F   r      (     A      )   =

     A    ∩     E   x     t      (     A      )   =      (     A

          \     A    o      )    ∪     A     i     l     l      (     A      )

Page 15: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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 •

   A        Ao =  A  

 

•    ∅  

•    A        Ac   A =  A  

•    A      

  Rn   A = Rn

 

•      p    A    p ∈ Ao

 

 

 

    A = {(x, y) ∈ R2 : 0 < x2 + 4y2 − 8y ≤ 5}  

   

    A 

   

Ao

 

A A  

  F r(A) 

   

A = {(x, y) ∈ R2 : (x2 + 4y2)(x2 + y2 − 4) ≥ 0}.

    Ao A 

 

  Q    R    Q ⊂ R  =  Q    Qn  

 Rn

 Qn ⊂ Rn = Qn

  (Qn)o = ∅    F r(Qn) = Qn = Rn

 

 

    A    Rn 

  Rn  ∅  

 

    A ⊂ B    Ao ⊂ Bo  A ⊂ B  

  A    Ac  

  Ao   A    C  ⊂   A  

  C  ⊂ Ao 

  Ext(A)    Ac 

  A    A 

 

    A    Rn   B  

  C   

  C  ⊂ A ⊂ B  

  D =  B \ C  ⊂ F r(A)  

  A =  B     Ao = C     F r(A) = D  

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    A    A    Ao  

  A  

A ⊂ B  =  C  ∪ D ⊂ Ao ∪ F r(A) = A,

 

A  =  B  

  Ao

 

F r(A)  

  C  ⊂  Ao

 

D ⊂ F r(A) 

  C  = Ao  F r(A) = A \ Ao = B \ C  = D    

 

    z  ∈ Rn  r > 0    A =  B(z, r)  

  A    B(z, r)      

  z     r  

  A =  A =  B (z, r) = {x ∈ Rn : x − z  ≤ r}    B(z, r)    

  z     r  

  F r(A) = S (z, r) = {x ∈ Rn : x − z  =  r}    S (z, r)        z   

r  

    B   =   B(z, r)    C   =   B(z, r)    D   =   S (z, r)  

  C  = A ⊂ B  =  C  ∪ D  

•   C     x ∈ B(z, r)    ε > 0    B(x, ε) ⊂B(z, r)    y − x < ε    y − z  < r    ε < r − x − z   

y − z  ≤ y − x + x − z  < r  

•   B    Bc = {x ∈ Rn : x − z  > r}  

  x ∈ B c   ε > 0    B(x, ε) ⊂ B c

 

  y − x < ε    y − z   > r    ε < x − z  − r  

y − z  ≥ x − z  − y − x > x − z  − ε > r  

•  D

 ⊂ F r(A)    x

 ∈  D    B(x, ε)    A  

Ac   A    y  

  y − z    < r  

y − x < ε    y    y =  x − δ (x − z )    δ > 0  

y − z  = |1 − δ |r    y − x =  δr    0 < δ < min{1,ε/r}  

 

  B(x, ε)    Ac   x ∈ Ac

 

  B(x, r)    B(x, r) = B (x, r)    F r(B(x, r)) =  S (x, r) 

  B(z, r)    B(z, r)  

  x ∈ B(z, r)    B(x, ε)    A    x  

  y    y − z  < r    0 < y − x < ε 

  x =  z     0 < δ < min{r, ε}    y =  z  + δw    w  

x = z   

  y =  x − δ (x − z )  

  0 < δ < min{1,ε/r} 

 

   

   

   

   

   

Page 17: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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   {Aα}α  

  A = ∪αAα    x ∈ A  

ε > 0    B(x, ε) ⊂ A  

  x ∈  A    x ∈  Aα    α    Aα  

ε > 0  

  B(x, ε) ⊂ Aα ⊂ A 

  A  = ∩m j=1A j    A j    A j   = ∅

   A  = ∅  

  A    A j    x ∈  A 

  x ∈ A j    j    ε j  > 0    B(x, ε j) ⊂ A j  

ε = min{ε j   : 1 ≤ j ≤ m} > 0    B(x, ε) ⊂ A  

 {Bα}α    B = ∩αBα

  Bc  

  Bc = ∪αBcα    Aα  =  Bc

α  

  B = ∩m j=1B j    Bc = ∪m

 j=1Bc j    Bc

 

 

•  

  A j   = (−1/j, 1/j)     j ∈  N    ∩ jA j   = {0}  

 

•  

  B j  = [−1 + 1/j, 1 − 1/j]    j ∈ N    ∪ jB j  = (−1, 1)  

•            τ     

 Rn

 

    τ X     X     X   

  ∅    X     τ X   

  τ X     τ X  

 ·      {Ai}i    Rn  

 α

o

⊂α

Aoα  

α

o

⊃α

Aoα

α

⊂α

Aα  

α

⊃α

Aα.

 

    (∩αAα)o ⊂ Aoα    α  

  A j   = (−1/j, 1/j) ⊂  R     j ∈  N  

  ∩αAo

α  

  (∪αAα)o ⊃ Aoα    α  

  A1 = [−1, 0]    A2 = (0, 1] 

  (∩αAα) ⊂   Aα    α  

  A1 = [−1, 0]    A2  = (0, 1] 

  (∪αAα) ⊃ Aα    α  

  A j  = [−1 + 1/j, 1 − 1/j] ⊂ R    ∪αAα

 

Page 18: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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      A    Rn

  B    Rm

  A × B  

  Rn+m 

    A    Rn  B    Rm

  A × B  

Rn+m 

    c = (a, b)    a ∈ A    b ∈ B  

A×B    ε > 0    B(a, ε) ⊂ A    B(b, ε) ⊂ B    B(a, ε)×B(b, ε) ⊂A × B    B(c, ε) ⊂ B(a, ε) × B(b, ε)    c  

 (x, y) − (a, b)   = (x − a, y − b)   < ε  

  x − a   < ε  y − b   < ε    x − a ≤ (x − a, y − b)  

y − b ≤ (x − a, y − b) 

  A    Ac   Ac × Rm

  Rn+m 

 Rm × Bc

 Rn+m

  (A × B)c = (Ac ×Rm)

∪(Rn

×Bc)    (A

×B)c  

  •    A = {(x,y,z ) ∈  R3 :  x2 + y2 < 9, −1  < z < 2}   A =  B((0, 0), 3) × (−1, 2) 

•    A = {(x,y,z ) ∈ R3 : x2+y2 ≤ 9}    A =  B ((0, 0), 3)×R  

 

   A ⊂ Rn       r > 0    x ≤ r  

x ∈

 A,    A ⊂

 B (0, r).

 

  A    M  ≥   0    |x j | ≤   M   

x = (x1, · · ·  , xn) ∈ A    R > 0    A ⊂ B(0, R) 

 •

   A   = {(x, y) ∈   R2;  x4 + y6 <   4}  

x4 < 4    y6 < 4    x2 + y2 ≤ 2 +   3√ 

4.•    A   = {(x, y) ∈  R2;  xy <   4}    {(k, 1/k)}k ⊂   A  

(k, 1/k) =

 k2 + 1/k2 → ∞

   k → ∞.

  Rn  

    Rn      {xk}k    Rn

 

 

    K     Rn      

 {xk}k ⊂ K     K.

Page 19: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    K     Rn  

  K   

  K   

 ·      K  ⊂ Rn   A ⊂ Rn

  A∩ K   

  A ⊂   K     A  

 

    A ∩ K     

 ·      K     Rn

  K     Rm,    K × K 

  Rn+m.

    K  × K     

   

 

   K      

 {Aα}α    K     K  ⊂ ∪αAα  

    K     α j ,   1 ≤   j  ≤   J     K  ⊂Aα1 ∪ · · · ∪ AαJ   

 

    (X, d)    K     X   

  K   

  K   

Page 20: Calculo de Diversas Variables

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Page 21: Calculo de Diversas Variables

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     Rn

 

 

 

  f   : A ⊂ Rn → Rm   Graf (f ) = {(x, y) ∈ A × Rm :   y  =

f (x)}    f  

  f     Rn+m

 

  f   :   R →   R  

f   : R2 → R  

 

  R2   z  ∈  R  

  C z  = {(x, y) ∈ R2 : f (x, y) = z } 

 

Page 22: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  RN 

 

 

f   :   A ⊂ Rn −→   Rm

x = (x1, . . . , xn)   −→   f (x) = (f 1(x), . . . , f  m(x))

    f   :  A ⊂ Rn −→  Rm  a    A.  

  f     a    b,    ε > 0    δ  =  δ ε,a >  0  

f (x) − b < ε,    x ∈ A    0 < x − a < δ.

 

limx→a

f (x) = b,    f (x) → b,    x → a.

    f   : A

 ⊂Rn

−→Rm

  a    A.

  limx→a f (x) = b  

    ε > 0    δ  =  δ ε,a >  0    f ((B(a, δ ) \ {a}) ∩ A) ⊂ B(b, ε) 

  limx→a

f (x) − b = 0.

   {xk}k ⊂ A \ {a}

   a,    {f (xk)}k ⊂ Rm

  b.     f   = (f 1, · · ·  , f m)    b   = (b1, · · ·  , bm)    lim

x→af k(x) = bk    k   =

1, · · ·  , m 

aδ    bε

f A

 •

 

limx→ax∈A

f (x) = b,    f (x) → b,    x → a, x ∈ A \ {a}.

  A  

  f   : (0, +∞) −→ R,    limt→0 f (t)   limt→0+ f (t),      t < 0  

    f   :   A ⊂  Rn →  Rm   a ∈   A,    ε >   0

  δ  =  δ ε,a >  0  

f (x) − f (a) < ε,    x ∈ A    x − a < δ.

  f     a    ε > 0    δ  =  δ ε,a >  0  

f (B(a, δ ) ∩ A) ⊂ B(f (a), ε).

Page 23: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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 •

   0 < x−a < δ    x − a  < δ   

  a ∈ A    f   

  a.

•  

  a ∈ A ∩ A  

  f   

  a  

  limx→a f (x) = f (a).•

   limx→a f (x) = b  

  f (x) : A ∪ {a} → Rm  

  f (x) =f (x),    x = a  

  f (a) = b,    f     A \ {a}    a.

•    A    δ     ε    a    δ    ε      

    f   :  A ⊂ Rn →  Rm   A    f   

  A.   A    C(A).

 

 ·    

    f, g   : A ⊂ Rn → Rm,    a    A.  

limx→a

f (x) = b    limx→a

g(x) = c.  

  limx→a

(f  ± g)(x) = b ± c.

    m = 1,   limx→a

(f g)(x) = b c.

    m = 1    c = 0,   limx→a

(f /g)(x) = b/c.

  f     g    A    f  ± g,    f g    f/g  

  g    ·  

    f   :   A ⊂  Rn →  Rm, a    A  

limx→a f (x) =   b.    g   :   B ⊂  Rm →  Rk,    b ∈   B.    f (A) ⊂   B,  

limx→a

(g ◦ f )(x) = g(b).

  f     A    g    B    g ◦ f     A.

     •  

 

 

f  j(x) = x j  

  j  = 1, · · ·  , n  

•    h(x, y) = sin(xyz )

xyz     xyz  = 0    h(x,y,z ) = 1    xyz  = 0  

R3    f (x,y,z ) = xyz     g(t) =

 sin t

t   t = 0    g(0) = 1,  

•    f   : A ⊂ Rn −→  Rm   A,    f   :  A ⊂ Rn −→  R  

 

Page 24: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  RN 

 

   

  f     x → a  

       f (x) − b ≤ ϕ(x)  

  U  ∩ A \ {a}  

U     a ∈ A    limx→a

ϕ(x) = 0    limx→a

f (x) = b  

  •    ·  :  Rn →  R    | x − a | ≤x − a.

•    M   :  Rn −→ Rm   M (x) − M (y) =

M (x − y) ≤ C M  x − y.

•    f (x, y) =

4x2y3

x6 + y4    (x, y) = (0, 0),

0  

  (x, y) = (0, 0),

  (0, 0).

 |x| ≤ (x6 + y4)1/6  

|y| ≤ (x6 + y4)1/4  |f (x, y)| ≤ 4(x6 +

y4)2/6+3/4−1 = 4(x6 + y4)1/(12) → 0    (x, y) → (0, 0) 

•    f (x, y) = y3 + x2 + y2 − 2x + 1

(x − 1)2 + y2    (x, y)    (1, 0),

   

y3 + x2 + y2 − 2x + 1

(x − 1)2 + y2  − 1

=

y3

(x − 1)2 + y2

≤ |y| → 0    (x, y) → (1, 0)  

•    lim

(x,y)→(0,0)xy=0

sin3(xy)

x5y + xy3  = 0.

  limt→0

sin t

t  = 1    t =  xy    lim

(x,y)→(0,0)

sin(xy)

xy  = 1  

 

sin3(xy)

x5y + xy3  =

 sin3(xy)

(xy)3x3y3

x5y + xy3  =

 sin3(xy)

(xy)3x2y2

x4 + y2

  0 ≤   x2y2

x4 + y2 ≤  x2

  lim(x,y)→(0,0)xy=0

x2y2

x4 + y2  = 0  

lim(x,y)→(0,0)

xy=0

sin3(xy)

x5y + xy3

  = lim(x,y)→(0,0)

xy=0

sin3(xy)

x3y3

  lim(x,y)→(0,0)

xy=0

x2y2

x4 + y2

  = 0.

 

 

 

Page 25: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    f   : A ⊂ Rn → Rm.    B  

  A    b    B.   b    f     B    l  

limx→bx∈B f (x) = l.

 

    B   ⊂   A    a    B    limx→a

f (x) = b  

limx→ax∈B

f (x) = b.

 

 

    A =

N  j=1

A j     limx→ax∈Aj

f (x) = b,    j   = 1, . . . , N ,  

limx→ax∈A

f (x) = b  

  N  = ∞  

    f   :  A ⊂  Rn −→  R,    

 

  limx→a

f (x)  

    limt→0a+tv∈A

f (a + tv),    v  

 Rn.

 

  l  

  |f (x) − l|    l  

  B ⊂ A    limx→ax∈B

f (x) = l  

 

 

    f (x, y) =  xy3

x2

+ y4

   A   =   R2

\ {(0, 0)

}.  

  lim(x,y)→(0,0)

xy3

x2 + y4.

      t = 0, f (at, bt) =  abt2

a2 + b4t2  

  limt→0

abt2

a2 + b4t2  = 0.    a = 0    b = 0    f (at,bt) = 0  

 

Page 26: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  RN 

     |f (x, y) − 0|  =

|f (x, y)| → 0    (x, y) → (0, 0)  

  |x| ≤ 

x2 + y4  |y| ≤   4

 x2 + y4,    |f (x, y)| ≤   (x2 +

y4)1/4

→ 0  

 

    f (x, y) =  xy

x2 + y2    A   =   R2 \ {(0, 0)}.  

  lim(x,y)→(0,0)

xy

x2 + y2.

  f  

   R2 \ {(0, 0)}    

 ·  

   

    f (at,bt) = ab/(a2 + b2).  

  limt→

0 f (at,bt) =  ab/(a2 + b2).    a  = 0    b  = 1  

  a = 1    b = 1  

  lim(x,y)→(0,0)

xy

x2 + y2  

    f   : R2 → R  

f (x, y) =

x6y3

x2 − y,     y = x2,

0,    y =  x2.

  lim(x,y)→(0,0) f (x, y).

   

f (at,bt) =

a6b3t9

a2t2 − bt,    bt = a2t2,

0,    bt =  a2t2.=

a6b3t8

a2t − b,    bt = a2t2,

0,    bt =  a2t2.

 

 

      Am = {(x, y) ∈ R2 :   y =x2 + xm}    m ∈  N    Am  

  y =  x2  

·  

  f     Am  

f (x, x2 + xm) = x6(x2 + xm)3

−xm  = −x12−m(1 + xm−2)3

  m > 12    f (x, x2 + xm) → −∞ = 0    x →= 0+ 

  lim(x,y)→(0,0)

f (x, y)  

 

  (0, 0)  

Page 27: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    f (x, y) =  (x − 1)

 |y| log(x2 + y2)

(x − 1)2 + y2    A   =   R2 \

{(0, 0), (1, 0)}.    lim(x,y)→(1,0)

f (x, y).

  limt→0 log(1 + t)t   = 1    lim(x,y)→(1,0)

log(x

2

+ y

2

)x2 + y2 − 1   = 1.    lim(x,y)→(1,0)

f (x, y)

  lim(x,y)→(1,0)

(x − 1) |y|(x2 + y2 − 1)

(x − 1)2 + y2  

 

  g(x, y) = (x − 1)

 |y|(x2 + y2 − 1)

(x − 1)2 + y2    (x, y) = (1, 0) 

      t → 0  

g(1 + at, bt) = a |b| |t|((1 + at)2 + (bt)2 − 1)

t  =

 a |b| |t|(2at + t2)

t

= a |b| |t|(2a + t) → 0.

  (1, 0)  

      g  

 |x−1| ≤ ((x−1)2+y2)1/2  

|y| ≤ ((x−1)2+y2)1/2  |x2+y2−1| =

|(x−1)(x+1)+y2| ≤ 2|x−1|+y2 ≤ 2|x−1|+|y|    |x−1| < 1    |y| ≤ 1  

|(x − 1) |y|(x2 + y2 − 1)| ≤ 3((x − 1)2 + y2)1/2+1/4+1/2−1 = ((x − 1)2 + y2)1/4 → 0

  (x, y) → (1, 0)  

 

 

f (x, y) =

x2

x + y,    x = −y

0,    x = −y  

f (x, y) =

x2

|x| + |y| ,    (x, y) = (0, 0)

0,    (x, y) = (0, 0)  

f (x,y,z ) =

1 − cos(x2 + y3 + z 2)

x2 + y4 + z 4  ,    (x,y,z ) = (0, 0, 0)

0,    (x,y,z ) = (0, 0, 0)  

 

 Rn

   

 

    X     Rn.    A    X   

    X     U     Rn

  A =  U  ∩ X.

Page 28: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  RN 

    X   = (0, 1] ⊂   R,    (1/2, 1]    (0, 1],  

(0, 1/3]    (0, 1].

 

    f   : A ⊂ Rn −→ Rm.  

  f     A.     f −1(V )    V     Rm

  A.     f −1(T )    T     Rm

  A.

  (1) ⇒   (2)    y   =   f (x)    δ x   >   0    f (B(x, δ x) ∩ A) ⊂B(y, ε) ⊂ V,    B(x, δ x)∩A ⊂ f −1(V ).    U  = ∪x∈f −1(V  )B(x, δ x)  

f −1(V ) = U  ∩ A.(2) ⇒   (1)    f     a ∈   A.    f (a) =   b  

f −1(B(b, ε)) =   U  ∩  A    U     Rm.    a ∈   U     δ >   0  

B(a, δ ) ⊂

 U     f (B(a, δ )∩

A) ⊂

 B(b, ε)  

(2) ⇔ (3)  

  (2)    (3)    T     Rm \ T   

  Rm   (2)    U     Rn

  f −1(Rm \ T ) = U  ∩A.  

  f −1(T ) = A \ f −1(Rm \ T ) = A \ (U  ∩ A) = (Rn \ U ) ∩ A.    Rn \ U   

Rn  

 •

   f −1(V ) = f −1(V  ∩ f (A)),  

  f (A)  

  A.  

  f (A)    A.•

 

 

•  

  f (x) = e−x   [0, ∞)    (0, 1]    R.

 

    f   :   Rn →   Rn  

  A    Rn

 

 

    A    f (A)    f −1(A)  

    A    f (A)    f −1(A)  

  (f (A))o = f (Ao)     f (A) = f (A)    F r(f (A)) = f (F r(A)) 

  A    f (A)    f −1(A)  

 ·      Rn  

    f (x1, · · ·  , xn) = f (x1 + a1, · · ·  , xn + an)  

  A  

f (A)  

    f (x1, · · ·  , xn) = (λ1x1, · · ·  , λnxn)    λ j = 0    j   = 1, · · ·  , n 

 

Page 29: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    A    ·    x2+4y2 < 4    A =  f (B((0, 0), 1))

  (x, y) =  f (s, t) = (2s, t)    Ao =  f (B((0, 0), 1)) =  A    A  =  f (B((0, 0), 1) ={(x, y) ∈ R2 : x2 + 4y2 ≤ 4}

   F r(A) = f (S (0, 0), 1)) = {(x, y) ∈ R2 : x2 + 4y2 = 4} 

  A  = {(x, y) ∈  R2;  xy <  1, x >  0}    R2   

  (−∞, 1) × (0, ∞)    f (x, y) = (xy,x).

 A = {(x,y,z ) ∈ R3;  x2 + y4 + z 6 ≤ 5}  

  (−∞, 5]    f (x,y,z ) = x2+y4+z 6.  

   |x| ≤

 x2 + y4 + z 6 ≤ √ 

5, |y| ≤   4

 x2 + y4 + z 6 ≤   4

√ 5, |z | ≤   6

 x2 + y4 + z 6 ≤

6√ 

5,  

   

  A1 = {(x, y) ∈ R2;  x2 + 4y4 − 6x ≤ −5},

  A2 = {(x, y) ∈ R2;  x2 + 2xy + 2y2 < 4},

  A3 = {(x,y,z ) ∈ R3;  x2 + xz  + yz  + z 2 < 4},

  A4 = {(x, y) ∈ R2;  y2e−x < 1}.

 

    K     Rn   f   :  K  −→  Rm   f (K )   Rm.

    {yk}k ⊂ f (K )  

  f (K )    {xk}k ⊂ K     yk = f (xk).    K   

  xk → x ∈ K.    f     f (xk) = yk → f (x) =y ∈ f (K ).  

   

  f (x) = c    R    f −1({c}) = R  

 

        K     Rn

  f   : K  −→ R   f     K,    a, b ∈ K   

f (a) ≤ f (x) ≤ f (b)    x ∈ K.

    f (K )  

  R    f (K )    sup(f (K ))    inf(f (K ))  

  f (K )  

Page 30: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  RN 

sup(f (K ))    inf(f (K ))    f (K )    f (K )      f (K )   sup(f (K )) = max(f (K ))    inf(f (K )) = min(f (K ))  

 

    ∅ = K  ⊂  Rn

  ∅ = A ⊂ Rn

 

c ∈ K     a ∈ A    d(K, A) = inf {x − y :  x ∈ K, y ∈ A} =  d(c, a) = c − a 

  K   

 

    K     A    K ×A    R2n  

f (x, y) = x − y  

  Rn × Rn  

  (c, a)    K  × A    d(K, A) = c − a 

  A    K    r    K  ⊂ B (0, r)    B(0, r) ∩ A = ∅    d(K, A) ≤ 2r  

  B   =  B(0, 4r) ∩ A    B  

d(K, A) = d(K, B)   

  d(K, A∩Bc

) ≥ 3r  

  d(K, A) =c − a    c ∈ K     a ∈ B ⊂ A    

A

d(K,A)

A ∩B(0, 4r)

Page 31: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  o  

    f, g :  A ⊂ Rn → R    A    a  

  f     o    g    a    f   = ox→a(g)    U     a  

    ϕ    f  = ϕg    ϕ(x) → 0    x → a  

 

f  = ox→a(g) 

  |g| ≤ h  

  f  = ox→a(h) 

  f (x) = x − aα   ox→a(x − aβ)    β < α 

  f (x, y) = x2+2y3   |f (x, y)| ≤ (x, y)2+2(x, y)3

  f  = o(x,y)→(0,0)((x, y)α)    α < 2  

   

 

  n   = 1    f   : (a, b)  →   R    t0  ∈   (a, b)  

limt→t0

f (t) − f (t0)

t − t0   f (t0).

  f     t0    limt

→t0

f (t) − f (t0) − f (t0)(t − t0)

t

−t0

= 0,  

limt→t0

|f (t) − f (t0) − f (t0)(t − t0)||t − t0|   = 0.

  o    f     t0  

f (t) − f (t0) − f (t0)(t − t0) = ot→t0(t − t0).

  y   =  f (t0) +  f (t0)(t − t0)  

  f     (t0, f (t0)) 

 

(f 

 ±g) =  f 

±g

(f g) =  f g + f gf 

g

=

 f g − f g

g2

(g ◦ f ) =  f  · (g ◦ f )    (sin(f )) =  f  cos(f )

 

Page 32: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    A    Rn, f   : A ⊂ Rn −→ R,    a    A  

f         x j    a  

limxj→aj

f (a1, . . . , a j−1, x j, a j+1, . . . , an) − f (a1, . . . , a j−1, a j, a j+1, . . . , an)

x j − a j=

  ∂f 

∂x j(a).

  f     x j    a  

  g(t) = f (a + te j)    0,  

∂f 

∂x j(a) = lim

t→0

f (a + te j) − f (a)

t  .

  •  

  ∂f 

∂x j(a), f xj (a),    D jf (a).

•  

  x ∈   A  

∂f 

∂x j(x)    x ∈ A    j−  

 

  •    f (x, y) = x2y3,    f x(1, 2)  

f (x, 2) = 8x2   x = 1.    f y(1, 2)  

  f (1, y) = y3  

•    f (x, y) =

  xy

x2 + y2    (x, y) = (0, 0)    f (0, 0) = 0,    f x(0, 0)  

  f (x, 0) = 0    f y(0, 0) = 0.  (x0, y0) = (0, 0)  

f x(x0, y0) =  y0(y20 − x20)(x2

0 + y20)2

  , f y(x0, y0) =  x0(x20 − y20)(x2

0 + y20)2

  .

 

f x(x, y) =

y(y2−x2)(x2+y2)2 ,    (x, y) = (0, 0)

0,    (x, y) = (0, 0), f y(x, y) =

x(x2−y2)(x2+y2)2 ,    (x, y) = (0, 0)

0,    (x, y) = (0, 0).

  f   

 

    f     a,  

    f   

  ∇f (a) = Grad(f )(a) = (f x1(a), . . . , f  xn(a)).

    f   :  A ⊂  Rn −→  R, a    A    u  

  f         u    a  

limt→0

f (a + tu) − f (a)

t  = Duf (a) = d f a(u).

  j  = 1, . . . , n ,    f xj (a) = (Dejf )(a).

Page 33: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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f (x, y) =

  xy2

x2−y     y = x2,

0    y =  x2.

  u = (a, b)    t    0    t = 0,    f (at, bt) =   abt2

a2t − b.

  limt→0

f (ta,tb) − f (0, 0)

t  = 0,    Duf (0, 0) = 0    u.

  f     (0, 0)      f (t + t8, t2) → ∞    t → 0.  

 

 

    f (x, y) =   xexy  

  (1, 0).

 

 

    A    Rn, f   :  A ⊂  Rn −→  Rm,    a    A.  

  f     a    df a  : Rn −→ Rm,  

  limx→a

f (x) − f (a) − df a(x − a)

x − a   = 0.

  df a  

f     a.   Df (a)    df a.  

f   

  A  

  A.

 •

     

 

limx→a

f (x) − f (a) − df a(x − a)x − a   = 0.

•  

f (x) − f (a) − df a(x − a) =  ox→a(x − a).

•    df a    Rn   Rm,  

  f   :  R3

−→ R2

  f 1, f 2    f,  

       f 1(x,y,z )f 2(x,y,z )

  f 1(x0, y0, z 0)f 2(x0, y0, z 0)

  m11   m12   m13

m21   m22   m23

x − x0

y − y0

z  − z 0

  (mij)  

{e j}n j=1    Rn.  

 

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    A    Rn, f   :  A ⊂  Rn −→  Rm,    a    A.  

 

  f     a.    

f  j   : A −→ R,  1 ≤ j ≤ m,  

  f   

    f   :  A ⊂Rn → Rm

 

    A    Rn

  f   : A −→ Rm   a  

  f  j    a,    Duf  j(a) =d(f  j)a(u).   df a    f     a  

J (f )a =

∂f 1∂x1

(a)   . . .  ∂f 1

∂xn(a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂f m∂x1

(a)   . . .  ∂f m

∂xn(a)

.

   u = 0    Au = {a+tu ∈ Rn; t ∈ R}.   f     a  

limx→a

x∈D∩Au

|f  j(x) − f  j(a) − d(f  j)a(x − a)|x − a   = 0.

  limt→0

|f  j(a + tu) − f  j(a) − td(f  j)a(u)||t|

  = 0,    Du(f  j)(a) =

d(f  j)a(u).  

 ·      f   :   A ⊂   Rn −→   R    a ∈   A    Du(f )(a)   df a(u) = (∇f )(a), u.

     •  

  Rn  df  ≡ 0.

•    T   : Rn −→ Rm   Rn

  dT  ≡  T .•

   π j(x) = x j    Rn

  dπ j ≡ e j.

•  

  f (x, y) =

  x2y2

x2 + y2  

  (x, y) = (0, 0) 

f (0, 0) = 0    (0, 0).    f   

  (0, 0)    df (0,0)  = 0(= (0 0)).

 

|f (x, y)|(x, y) ≤ (x, y)    (x, y) → 0    f 

  (0, 0)    df (0,0)  = 0.

 

Page 35: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    A    Rn

  f   :  A −→  Rm  

  a ∈ A.    M  = M a  < ∞    r =  ra >  0    f (x)−f (a) ≤ M x−a  

x

−a

 < r.    f     a.

   

f (x) − f (a) = f (x) − f (a) − df a(x − a)

x − a   x − a + df a(x − a).

  f     ε > 0    δ  =  δ ε,a >  0  

f (x) − f (a) ≤ C x − a,    x − a < δ,

 

   

A  

  Rn

 

f, g   :  A −→  Rm

 

 a ∈ A.  

  f  + g    a,    d(f  +  g)a =  df a + dga.     m = 1, f g    a,    d(f g)a =  g(a)df a + f (a)dga.

    m = 1    g(a) = 0,  f 

g    a    d

g

a

= g(a)df a − f (a)dga

g2(a)  .

     •  

 Rn,    

   

•    f (x, y) = xy/(x2 + y2)    (0, 0) 

 

       A    Rn

  U     Rm.  

f   : A −→ U     a    g  :  U  −→ Rk   f (a),    g◦f   

  a,    d(g ◦ f )a =  dgf (a) df a.

    b   =  f (a),  

 

∂ (g1 ◦ f )

∂x1(a)   . . .

  ∂ (g1 ◦ f )

∂xn(a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ (gk ◦ f )∂x1

(a)   . . .  ∂ (gk ◦ f )

∂xn(a)

=

∂g1

∂y1(b)   . . .

  ∂g1

∂ym(b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂gk

∂y1(b)   . . .

  ∂gk

∂ym(b)

∂f 1

∂x1(a)   . . .

  ∂f 1

∂xn(a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂f m

∂x1(a)   . . .

  ∂f m

∂xn(a)

.

 

∂ (g j ◦ f )

∂xl(a) =

mi=1

∂g j

∂yi(b)

∂f i

∂xl(a)

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    •   f (x,y,z ) = (sin(x2 +

yz ), xy)    R3   g(x,y,z ) = (x2 + yz,xy)

  h(u, v) = (sin u, v).    p = (x0, y0, z 0)  

J (f ) p  =   cos(x2

0 + y0z 0) 0

0 1   2x0   z 0   y0

y0   x0   0

  2x0 cos(x20 + y0z 0)   z 0 cos(x2

0 + y0z 0)   y0 cos(x20 + y0z 0)

y0   x0   0

•   f (x, y) =

(1 − cos(xy))/(xy),    xy = 0

0    xy = 0  

  R2    g(x, y) =

xy    R2, h(t) =

(1 − cos(t))/t    t = 0

0    t = 0    R,    f   =  h ◦ g.  

  df (0,0)  =  h(0)d(xy)(0,0) = (0 0).

   

f   : R4 → R, u : R2 → R  

  v : R2 → R    

  g   :  R2 → R    g(x, y) = f (x,y,u(x, y), v(x, y)).  

  g    f, u    v.

gx(x, y) = (D1f )(x,y,u(x, y), v(x, y))

+ (D3f )(x,y,u(x, y), v(x, y)) ux(x, y) + (D4f )(x,y,u(x, y), v(x, y)) vx(x, y).

gy(x, y) = (D2f )(x,y,u(x, y), v(x, y))

+ (D3f )(x,y,u(x, y), v(x, y)) uy(x, y) + (D4f )(x,y,u(x, y), v(x, y)) vy(x, y).

    g   :   R2

→  R

   R2

  f (x, y) =

sin(g(x2 + y3, xy))  

f x(x, y) = cos(g(x2 + y3, xy)

2x(D1g)(x2 + y3, xy) + y(D2g)(x2 + y3, xy)

f y(x, y) = cos(g(x2 + y3, xy)

3y2(D1g)(x2 + y3, xy) + x(D2g)(x2 + y3, xy)

.

  C1

  f   

  f    f   

    f   : A ⊂ Rn → Rm  

C1   A  

f  ∈ C1

(A)  

  f  j  

  A 

  C 1(Rn) 

 

 

    A    Rn  f   :  A −→  Rm

  C 1(A).    f   

  A.

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 C1.  

  R   f (t) =  t2 sin(1/t2)    t = 0    f (0) = 0    R  

 

  n  = 2,    f (x, y) = xy sin(1/(x2 + y2)),   (x, y) = (0, 0)

0,   (x, y) = (0, 0)  

  R2   (0, 0)  

    (0, 0)    |f (x, y)| ≤ |xy| ≤ (x, y)2  

  (x, y) = (0, 0),

f x(x, y) = y sin(1/(x2 + y2)) −   2x2y

(x2 + y2)2 cos(1/(x2 + y2)).

  f x

1/(√ 

4kπ, 1/(√ 

4kπ)

→ ∞, f x    (0, 0).

    A    Rn,  

f  ∈ C1(A) ⇒ f     A ⇒ f     A⇓   f     A

⇓   f     A

 

  A    Rn

  f   : A −→ R    a ∈ A.

 {e j} j=1,··· ,n    e j  = (0,...., 0, 1 j, 0, ....0)  

  u j   = (e j, D jf (a))

 ∈ Rn+1

   j  = 1,

· · · , n      

  f     p = (a, f (a)) ∈ Rn+1  

  (∇f (a), −1)  

  f     p  

(x − a, y − f (a)), (∇f (a), −1) =n

 j=1

(x j − a j)D jf (a) − (xn+1 − f (a)) = 0,

 

xn+1 =  f (a) +n

 j=1

D jf (a)(x j − a j).

  Duf (a)    f     u  

  Duf (a) =   u · ∇f (a) = ∇f (a) cos θu,∇f (a)    u  

  (a, f (a))    u   =  ∇f (a)

∇f (a)  

 ∇f (a) = 0  

  ∇f (a) 

    f (x, y) = 3 + sin(2y − x).    f x(0, 0) = −1  

f y(0, 0) = 2    f     p = (0, 0, 3)    −x+2y−(z −3) = 0,   z  = 3 − x + 2y  

Page 38: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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   p    v1  = (1, 0, −1), v2 = (0, 1, 2).   p    ∇f (0, 0) =

√ 5 

    f (x,y,z ) =2x2 + y4 + z 3   p = (1,

−1, 1, 4)  

   p 

 

    A    Rn, f   : A −→ R  

x, y    A,    θ ∈ (0, 1)    f (y) − f (x) = df (1−θ)x+θy(y − x).

    h : [0, 1] −→ R    h(t) = f ((1 − t)x + ty).  

  h(t) = df (1−t)x+ty(y − x).  

  f (y) − f (x) = h(1) − h(0) = h(θ) = df (1−θ)x+θy(y − x).  

 ·      A  

 Rn

  f     A  

df x = 0    x ∈ A,    f   

    A  

  x, y ∈ D    γ  : [0, 1] −→ A.    df x ≡ 0     f   

  f     f (γ (t))  

  f (x) = f (y)    x, y ∈ A.  

    f   :

D ⊂Rn

−→Rm

.  

  f   : [0, 1] −→R2

 

f (t) = (cos(2πt), sin(2πt)),

  f (1) − f (0) =   df θ    0 ≤   θ  ≤   1,      (0, 0) =2π(− sin(2πθ), cos(2πθ))  

  f   :  D ⊂  Rn →  Rm  

 

Page 39: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  C k.  

    f   :   A ⊂Rn −→   R

   D jf     x    A.    D jf   

  xk    f   

 

  f   

  n = 2  

 

  f 

 

∂f 

∂x = f x =  D1f,

  ∂f 

∂y  = f y  = D2f 

 

∂ 2f 

∂x2  = f xx =

 ∂f x∂x

  = (f x)x  =  D21f,

  ∂ 2f 

∂y∂x = f xy  =

 ∂f x∂y

  = (f x)y  =  D2D1f,

∂ 2f 

∂x∂y  = f yx  =

 ∂f y∂x

  = (f y)x =  D1D2f,  ∂ 2f 

∂y2  = f yy  =

 ∂f y∂y

  = (f y)y  = D22f.

   

∂ 3f 

∂x3  = f xxx  =

 ∂f xx∂x

  = (f xx)x  =  D31f,

  ∂ 3f 

∂y2∂x = f xyy  =

 ∂f xy∂y

  = (f xy)y  = D22D1f,

∂ 3f 

∂y∂x∂y  = f yxy  =

 ∂f yx∂y

  = (f yx)y  = D2D1D2f.

 

 •

   g(x, y) = x2y3   gx(x, y) = 2xy3

  gy(x, y) = 3x2y2, gxx =2y3, gxy(x, y) = 6xy2, gyx(x, y) = 6xy2, gyy  = 6x2y.

   

  f (x, y) =  xy(x2 − y2)

x2 + y2  ,   (x, y) = (0, 0)    f (0, 0) = 0,    f x(0, y) = −y  

f y(x, 0) = x.    f xy(0, 0) = −1    f yx(0, 0) = 1.

    A    Rn

  f   : A −→ R    f   

  Ck(A)    k  

  f     A.   f   : A −→ Rm

 Ck

  A  

 

Page 40: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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      A    Rn

  f, g   :   A →  R  

  Ck

 

  f  ± g,    f g    Ck(A) 

  f /g    A    g    ·  

    A    Rn

  B    Rm

  f   : A → B    Ck(A)  

g  :  B → Rk  

Ck(B)    g ◦ f     Ck(A) 

   

 

 

       A    Rn  f   : A −→ R  

C2

(A),  

  1 ≤ j, k ≤ n,  

  (D jDk)f  

  (DkD j)f   

  f  ∈ Ck(A)  

  k  

 

    f   :(a, b) −→ R    Ck,    t0 ∈ (a, b)

f (t) =

k j=0

f ( j)(t0)

 j!   (t − t0) j + ot→t0(|t − t0|k).

  k  

k    f     t0.    (T k,t0f )(t).  

  f     k    t0.    f     Ck+1

 

 

Rk,t0(f )(t) = f k+1((1 − θ)t + θt0)

(k + 1)!  (t − t0)k+1,

 

θ ∈ (0, 1).   k    f     t0  

  k  

f (t) − (T k,t0f )(t) = ot→t0(|t − t0|k),

    q k(t) = (T k,t0f )(t)    q k(t) − (T k,t0f )(t) = 0   k    ot→t0(|t − t0|k)  

Page 41: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  t0 = 0 

T k,0

  1

1

−t

=

k

 j=0

t j = 1 + t + t2 + · · · + tk.

T k,0

  1

1 + t

=

k j=0

(−1) jt j = 1 − t + t2 − t3 + · · · + (−1)ktk.

T k,0

  1

(1 − t)m

=

k j=0

(m + j − 1)!

(m − 1)! j!  t j

= 1 + mt + m(m + 1)

2!  t2 + · · · +

 m(m + 1) · · · (m + k − 1)

k!  tk.

T k,0(log(1 + t)) =k

 j=1

(−1) j−1

 j  t j = t − t2

2  +

 t3

3 −  t4

4 · · · +

 (−1)k−1

k  tk.

T k,0(et) =k

 j=0

t j

 j! = 1 + t +

 t2

2! + · · · +

 tk

k!.

T 2k+2,0(sin t) =k

 j=0

(−1) j  t2 j+1

(2 j + 1)! = t − t3

3! +

 t5

5! − t7

7! + · · · + (−1)k

  t2k+1

(2k + 1)!.

T 2k+1,0(cos t) =k

 j=0

(−1) j  t2 j

(2 j)! = 1 − t2

2! +

 t4

4! − t6

6! + · · · + (−1)k

  t2k

(2k)!.

 

 

   

 

    α   = (α1, . . . , αn)    α1, . . . , αn  ≥   0,  

|α| =  α1 + . . . + αn    α! = α1! · · · αn!.   α  = (α1, · · ·  , αn)    α j ≥  0    |α|  =  α1 + · · · + αn  =  k  

    Ck  

∂ kf (x1,· · ·

 , xk)

∂xα   = Dα

f (x1, · · ·  , xk) = ∂ kf (x1,

· · · , xk)

∂xα11   · · · ∂xαn

n.

  yα = yα11   · · · yαn

n  

    α  = (2, 3, 0), |α|  = 2 + 3 + 0 = 5, α! = 2!3!0! = 12,

Dαf (x,y,z ) = ∂ 5f (x,y,z )

∂x2∂y3   (x,y,z )α = x2y3.

Page 42: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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           A    Rn, p    A,  

f   : A −→ R    Ck(A),  

T k,p(f )(x) = |α|≤k

(Dαf )( p)

α!  (x

− p)α

  k  

Rk,p(f )(x) = f (x) − T k,p(f )(x) = ox→ p(x − pk).

  T k,p(f )(x)        k    f   

  p    Rk,p(f )(x)        k    f   

  p 

  f     Ck+1(A),    p  

|f (x) − T k,p(f )(x)| ≤ C x − pk+1   C > 0  

 

  g(t) = f ( p+t(x− p)/x− p)    t = x− p  

  v    Rn

  g(t) = f ( p+tv)  

g(t) = v · ∇(f )( p + tv) =n

 j=1

v jD j(f )( p + tv)     g(t) =n

 j=1

v j

ni=1

viDi(D j(f ))( p + tv)  

  n = 2    p = (a, b)  

T (a,b),k(f )(x, y) =k

l=0

i,j≥0i+ j=l

1

i! j!

∂ lf 

∂xi∂y j(a, b)(x − a)i(y − b) j.

  k = 3 

T (a,b),3(f )(x, y) = f (a, b) + ∂ f 

∂x(a, b) (x − a) +

 ∂ f 

∂y(a, b) (y − b)

+  1

2!0!

∂ 2f 

∂x2(a, b) (x − a)2 +

  1

1!1!

∂ 2f 

∂x∂y(a, b) (x − a)(y − b) +

  1

0!2!

∂ 2f 

∂y2(a, b) (y − b)2

+  1

3!0!

∂ 3f 

∂x3(a, b) (x − a)3 +

  1

2!1!

∂ 3f 

∂x2∂y(a, b) (x − a)2(y − b)

+  1

1!2!

∂ 3f 

∂x∂y2(a, b) (x − a)2(y − b) +

  1

0!3!

∂ 3f 

∂y3(a, b) (y − b)3.

  n = 3    p = (a,b,c)  

T (a,b,c),k(f )(x,y,z ) =k

l=0

i,j,k≥0i+ j+k=l

1

i! j! k!

∂ lf 

∂xi∂y j∂z k(a,b,c)(x − a)i(y − b) j(z  − c)k.

Page 43: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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 k = 2 

T (a,b,c),2(f )(x,y,z ) = f (a,b,c) + ∂ f 

∂x(a,b,c) (x − a) +

 ∂ f 

∂y(a,b,c) (y − b) +

 ∂ f 

∂z (a,b,c) (z  − c)

+  1

2!0!0!

∂ 2f 

∂x2 (a,b,c) (x − a)2 +  1

1!1!0!

∂ 2f 

∂x∂y (a,b,c) (x − a)(y − b)

+  1

1!0!1!

∂ 2f 

∂x∂z (a,b,c) (x − a)(z  − c) +

  1

0!2!0!

∂ 2f 

∂y2(a,b,c) (y − b)2

+  1

0!1!1!

∂ 2f 

∂y∂z (a,b,c) (y − b)(z  − c) +

  1

0!0!2!

∂ 2f 

∂z 2(a,b,c) (z  − c)2.

    n = 2    n = 3  

  f     C2  

J (f ) =∂f 

∂x∂f ∂y

J (f ) =

∂f ∂x

∂f ∂y

∂f ∂z

, H (f ) =

∂ 2

f ∂x2 ∂ 2

f ∂x∂y∂ 2f ∂y∂x

∂ 2f ∂y2

, H (f ) =

∂ 2f 

∂x2

∂ 2f 

∂x∂y

∂ 2f 

∂x∂z∂ 2f ∂y∂x

∂ 2f ∂y2

∂ 2f ∂y∂z

∂ 2f ∂z∂x

∂ 2f ∂z∂y

∂ 2f ∂z2

.

  n ≥ 4  

  C2  

  f   

  f     p  

T  p,2(f )(x) = f ( p) + J (f ) p (x − p) +  1

2! (x − p)t H (f ) p (x − p) (vt

  v).

  n = 2    n > 2  

 

T (a,b),2(f )(x, y) = f (a, b) +

∂f ∂x

∂f ∂y

(a,b)

x − ay − b

+  1

2!

x − a y − b

∂ 2f ∂x2

∂ 2f ∂x∂y

∂ 2f ∂y∂x

∂ 2f ∂y2

(a,b)

x − ay − b

.

 

 

 

 ·      g : (−δ, δ ) → R    Cl   P l(t)  

  l    t0  = 0 

  Q :  Rn →  R    x ∈ B ( p, 1)  

  |Q(x)| ≤ C x − pm 

  C > 0    m ∈ N 

  f (x) =  g(Q(x))    U   = {x ∈ Rn : |Q(x)| < δ }  

 p    f (x) = P l(Q(x)) + ox→ p(x − plm) 

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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    L = limx→ p

f (x) − P l(Q(x))

x − pml  = 0 

  limt→0

g(t) − P l(t)

tl  = 0    G :  U  → R  

G(x) =

g(Φ(x)) − P l(Φ(x)Φ(x)l

  ,    Φ(x) = 0

0,    Φ(x) = 0

  U     G( p) = 0    x ∈ B( p, 1) ∩ U  f (x) − P k(Q(x))

x − pml

= |G(x)|   |Φ(x)|x − pml

 ≤  C |G(x)| → 0,    x → p,

  L = 0   

    k = 5    f (x, y) = ex4−y2  

  p = (0, 0) 

  f (x, y) = g(Q(x, y))    g(t) = et   Q(x, y) = x4 − y2   f   

C∞(R2) 

  |Q(x, y)|   = |x4 − y2 ≤   x4 + y2 ≤ (x, y)4 + (x, y)2 ≤   2(x, y)2  

(x, y)   <   1    m   = 2    f  

  et   l  = 3 ≥  k/m  = 2.5  

P 3(t) = T 3,0(et) = 1 + t +   t2

2! +   t3

3! 

  f (x, y) = P 3(Q(x, y)) + o(x,y)→(0,0)((x, y)6)  

P 3(Q(x, y)) = 1 + (x4 − y2) + (x4 − y2)2

2  +

 (x4 − y2)3

6

= 1

−y2 + x4 +

 y4

2

  + o(x,y)

→(0,0)(

(x, y)

5).

 

f (x, y) = 1 − y2 + x4 + y4

2  + o(x,y)→(0,0)((x, y)5)

  T 3,(0,0)(f )(x, y) = 1 − y2 + x4 +   y4

    h(x, y) = ex4−y2+5   h(x, y) = e5f (x, y)    f (x, y)  

 

(T 3,(0,0)h)(x, y) = e5(T 3,(0,0)h)(x, y) = e5

1 − y2 + x4 +

 y4

2

.

    (0, 1, 0)  

    f (x,y,z ) = (x + 2z )cos(x + y)

y  .

  T 2,(0,1,0) =  x + 2z  − x(y − 1) − 2(y − 1)z  

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  t0    ·

   t0  

  f  

 f (t0) = 0    f (t0) >  0,    t0  

 f (t0) = 0    f (t0) < 0,    t0    f (t0) = 0  

  f     t0    f (t) = t4   t0  = 0  

f (t) = t3   t0  = 0  

  f (t0) = 0    f (t) =f (t0) +   1

2f (t0)(t − t0)2 + ot→t0((t − t0)2)    f (t0) > 0  

  t0  

12f (t0)(t − t0)2 + ot→t0((t − t0)2) > 0    f (t) > f (t0)    t = t0

  f     t0  

  f (t0) >  0    t0  

12

f (t0)(t−t0)2+ot→t0((t−t0)2) < 0   f (t) < f (t0)    t = t0    f   

  t0  

 

    A    Rn   f   :   A −→   R  

     p,    r > 0    f (x) ≤ f ( p)    x ∈ B( p, r) ⊂ A  

  f         p,    r > 0    f (x) ≤ f ( p)  

  x ∈ B( p, r) ⊂ A  

      f     A  

    A    Rn

  f   : A ⊂ Rn −→ R  

  p ∈ A        Jf  p = 0 

   

A  

  Rn

, f   : A −→ R  

  A 

  p  

  f     p    f.

    g(t) =  f (a + tu)    (−ε, ε)    ε >  0  

  t = 0.    g(0) = df a(u) = 0.  

  u    df a  = 0.  

    f   :   A →   R    C2  

A ⊂ Rn   J (f ) p  = 0    p ∈ A  

    H (f ) p        H (f ) p(x − p, x − p)   >   0  

x = p    f     p 

   

H (f ) p      

  H (f ) p(x − p, x − p)  <  0  

x = p    f     p  

    f     p    H (f ) p     

 H (f ) p(x − p, x − p) ≥ 0  

    f     p    H (f ) p     

 H (f ) p(x − p, x − p) ≤ 0  

    H (f ) p    f   

   p 

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    f     p    H (f ) p   f   

    

     

 

    A  

•  

•  

•  

   

•  

   

•  

 

 

  n    ∆1, · · ·  , ∆n    A    n × n  

∆1  =  a11,   ∆2  =  det

a11   a12

a21   a22

, · · ·  , ∆n =  det(A) = det

a11

  · · ·  a1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an1   · · ·   ann

.

       M   

 

•   M     ∆ j    M   

 

•   M     (−1) j∆ j   >  0, j   = 1,...,n,    ∆1   <0, ∆2  >  0, ∆3 <  0,... 

•    ∆ j  

  M   

•    2×2    M   

ai,i   ai,j

a j,i   a j,j

 

  M     ∆2  <  0     M   

 

 

 

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  n   = 2    

  M  =

a bb c

,    u = (s, t) = 0    M (u, u) = as2 + 2bst + ct2.

 a > 0    ac

−b2 > 0,    c > 0  

M (u, u) = as2 + 2bst + ct2 = (√ 

as + b/√ 

at)2 + ac − b2√ 

a  t2 > 0.

 a < 0    ac − b2 > 0,    c < 0  

M (u, u) = as2 + 2bst + ct2 = −(√ −as − b/

√ −at)2 − ac − b2√ −a  t2 < 0.

 ac−b2 < 0,    a > 0    M (u, u) = as2+2bst+ct2 = (√ 

as+b/√ 

at)2− b2−ac√ a   t2,

 a < 0    a = 0.

  •  

  M  = 1 2 0

2 5 00 0 4

.

 

  ∆1  = 1,   ∆2 = 1 2

2 5 =

1,   ∆3 =  det(M ) = 4    M   

•    M  =

−1 2 0

2   −5 00 0   −4

.    ∆1  = −1,   ∆2 =

−1 22   −5

= 1,   ∆3  =

det(M ) = −4    M   

•    M   =

1 2 0

2 6 00 0   −1

.    ∆1   = 1,   ∆2   =

1 22 6

= 2,   ∆3   =

det(M ) =

 −2    M   

  M   

  M   

  det

6 00   −1

= −6 < 0  

  M  

 

 

 

f (x, y) = −x3 + 4xy − 2y2 + 1.

 

J (f )(x,y)  = (−3x2 + 4y   4x − 4y), H (f )(x,y)  =

 −6x   44   −4

.

 

f x = −3x2 + 4y = 0

f y  = 4x − 4y = 0

  p1  = (0, 0)

 p2  = (4/3, 4/3)

Page 48: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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H (f ) p1  =

0 44   −4

,   ∆2  = −16 <  0,

H (f ) p2  =−8 44   −4

,   ∆1  = −8 <  0, ∆2 = 16 >  0.

  p1    p2  

    f (x,y,z ) = x2z 2 + 6x3 + y2 −2yz.

 

J (f ) = (2xz 2 + 18x2 2y − 2z    2x2z  − 2y), H (f ) =

2z 2 + 36x   0 4xz 

0 2   −24xz    −2 2x2

  J (f ) = 0    f     p1   = (0, 0, 0),

 p2  = (−1, 3, 3) 

  p3  = (−1, −3, −3).

  H (f ) p1   =

0 0 0

0 2   −20   −2 0

,  

 

f (x, 0, 0) = 6x3   (0, 0, 0),  

  u  = (0, s , t)  

  p1  

 

  H (f ) p2  =

−18 0   −120 2   −2

−12   −2 2

.    ∆2( p2) = −36 < 0,

  p2    H (f ) p2(e1, e1) = −18 <  0    H (f ) p2(e2, e2) =2 > 0.

  p3  

    f (x, y) = 5x4 + 4x2y + y2 + 7.  

J (f )(x,y)  = (20x3 + 8xy   4x2 + 2y), H (f )(x,y) =

  60x2 + 8y   8x

8x   2

.

  (0, 0).    H (f )(0,0)  =

  0 00 2

 

 

  f (x, y) = x4 + (2x2 + y)2 + 7 ≥ 7 = f (0, 0).  

f     (0, 0)  

    f (x,y,z ) = 2x3 − 3x2 + 2y3 + 3y2 + z 2  

  (1, 0, 0)    (0, 0, 0), (0, −1, 0)    (1, −1, 0).

    f (x, y) = 16x3 + 9x2y −30x + 9/y.

Page 49: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  f   

 Ck

 Rn

 

 

 

  f   : (a, b) ⊂  R →  R    Ck   f (c)   >   0 

c ∈ (a, b)    f (c)  <  0)    ε > 0  

f (x)  > 0    x ∈  (c − ε, c + ε) ⊂  (a, b)    f     (c − ε, c + ε) 

  f   : (c − ε, c + ε) → (f (c − ε), f (c + ε))  

  f −1 : (f (c − ε), f (c +  ε)) →   (c − ε, c +  ε)    Ck 

(f −1)(f (x)) =  1

f (x) 

  f (x) > 0    x ∈ (a, b)  

f   : (a, b) → (f (a), f (b))    Ck

 

 

       A    Rn  f   : A −→ Rn

 

    Ck   A    k ≥ 1    a ∈ A    det(df a) = 0 

  U  ⊂ A    a  

•   V   = f (U )    Rn

 

•   f   : U  → V   

•    f −1 : V  → U   

  Ck   V     d(f −1)f (a)  = (df a)−1

 

  f −1   f (a)  

f     a 

  •  

  det(df a)      

  f   

  a  

 

 

•    U     V   

  Rn.    f   : U  −→ V     Ck−

 

  U     V     f     f     Ck(U ),    f −1

 Ck(V ).

  f     Ck 

  f     a    f     Ck  

  a 

 

Page 50: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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•    f   : U  →  V   

  Ck   k ≥ 1,    det(df x) = 0, x ∈ U   

 

1 = det(Id) = det(d(f −1 ◦ f )x) = det(d(f −1)f (x)) det(df x).

•  

  det(df x) = 0  

  f   

  Ck   f   : R → R  

f (x) = x3   f   : R2 → R2

  f (x, y) = (x3, y)  

 

 ·      A    Rn,    f   : A −→ Rn   C1(A)  

  det(df x) = 0    x    A,    f   

  A    Rn.

    B    A    p ∈   f (B)  

  f (B)    p  =  f (b)    b

 ∈ B  

  U  ⊂ B    b    f (U ) ⊂ f (B)    f (b)    f (b)  

  f (B)   

    A    Rn, f   : A −→ Rn

 Ck(A)    det(df x) = 0

  x    A    f     f     Ck   A    f (A)  

    f (A)    f −1  

Ck

  f (A)  

 

  •  

  f   : (a, b) ⊂   R −→   R    C

1

(a, b)  

  f   : (a, b) −→ f (a, b)  

  f   : A ⊂ Rn −→ Rn   det(df x) = 0  

  A    f   : A −→ f (A)  

  f   : R2 −→ R2   f (x, y) = (ex cos y, ex sin y),  

det(df (x,y)) = det

  ex cos y   −ex sin yex sin y ex cos y

= e2x = 0,

  f (x, y + 2π) = f (x, y).

 

    f (x, y) = (x cos y, x2 + 2y + 1)    C∞  

  (0, 0)    (0, 1),      f     C∞(R2)    det(df (0,0)) =

det

  1 00 2

= 2.

  (u, v) = f (x, y)    (0, 1)  

d(f −1)(u,v)  =

  cos y   −x sin y

2x   2

−1

=  1

2cos y + 2x2 sin y

  2   x sin y−2x   cos y

.

Page 51: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  d(f −1)(0,1)  =

  1 00 1/2

.

  (0, 1)  

u    v.  

∂ (f −

1)1∂u   =   2

2cos y+2x2 sin y ,   ∂ (f −

1)1∂v   =   x sin y

2cos y+2x2 sin y ,∂ (f −1)2

∂u  =   −2x

2cos y+2x2 sin y,   ∂ (f −1)2

∂v  =   cos y

2cos y+2x2 sin y.

      

  r    R2   (x, y) = (r cos(θ), r sin(θ)), −π ≤ θ < π.

  ϕ  : (0, ∞) × (−π, π) −→  Q2    Q2  =  R2 \ {(−∞, 0] × {0}},   ϕ(r, θ) = (r cos(θ), r sin(θ)) = (x, y).

 C∞

 

det(dϕ) =

cos(θ)   −r sin(θ)sin(θ)   r cos(θ)

= r = 0.

  f     C∞    (0, ∞) × (−π, π)     Q2  

 

 

 

  f (x, y) = ey −2y −x2 = 0  

   p = (−1, 0)    f     C∞

   p  

R2  

  ∂f 

∂y( p) = ey − 2| p  = −1 = 0    ε >  0  

g : (−1−ε, −1+ε) → R  

  C∞    f (x, g(x)) = 0    x ∈ (−1−ε, −1+ε) 

 

g(−1) = 0 

  eg(x) − 2g(x) − x2 = 0    g  

 −1    g(x)eg(x)−2g(x)−2x = 0    g(x) =

  2x

eg(x) − 2 

  x    −1    g(−1) = 2  

  g  

 

       A    Rn×Rm  f   : A → Rm

  Ck   A    p = (a, b) ∈ A    f (a, b) = 0.

 

∂ (f 1, . . . , f  m)

∂ (y1, . . . , ym)(a, b) = det

∂f  j∂yi

(a, b)1≤i,j≤m

= 0,  

    U  ⊂ Rn   a    V  ⊂ Rm

  b    U  × V  ⊂ A  

    g   :   U  −→   V,    Ck(U )    x ∈   U,y =  g(x)    V     f (x, y) = 0 

  f (x, y) = 0    y =  g(x)    Ck

 

  U     a    g(a) = b  

    f (x,y,z ) = y  + xez + z  = 0.

Page 52: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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•    f (x,y,z ) = y + xez + z  = 0    z  =  g(x, y)   C∞,    (0, 0, 0).    x  

x1     y    x2    z     y1.   f     C∞(R3),   (0, 0, 0)  

 

f z(0, 0, 0) = 1 = 0.  

  A    (0, 0),    B    0    g   : A −→ B  

  C∞(A)    z  = g(x, y)    f (x,y,z ) = 0    B.•    g.

  y + xeg(x,y) + g(x, y) = 0.    z  =  g(x, y),

(y + xeg(x,y) + g(x, y))x =  eg(x,y) + xeg(x,y)gx(x, y) + gx(x, y) = 0,

  gx(x, y) = −   ez

xez + 1.

 

(y + xeg(x,y) + g(x, y))y  = 1 + xeg(x,y)gy(x, y) + gy(x, y) = 0,

  gy(x, y) = −   1

xez + 1.

•    g(x, y)    (0, 0).  

T 2,(0,0)g(x, y) = g(0, 0) + gx(0, 0)x + gy(0, 0)y + 1

2gxx(0, 0)x2 + gxy(0, 0)xy +

 1

2gyy(0, 0)y2.

  g(0, 0) = 0, gx(0, 0) = −1    gy(0, 0) =−1.

 

(y + xeg(x,y)

+ g(x, y))xx  = 2eg(x,y)

gx(x, y) + xeg(x,y)

(gx(x, y))2

+ xeg(x,y)

gxx(x, y)+ gxx(x, y) = 0,

(y + xeg(x,y) + g(x, y))xy  = gy(x, y)eg(x, y) + xeg(x,y)gx(x, y)gy(x, y) + xeg(x,y)gxy(x, y)

+ gxy(x, y) = 0,

(y + xeg(x,y) + g(x, y))yy  = xeg(x,y)(gy(x, y))2 + xeg(x,y)gyy(x, y) + gyy(x, y) = 0.

  (x, y) = (0, 0),  

−2 + gxx(0, 0) = 0, gxy(0, 0) = 1, gyy(0, 0) = 0.

 

T 2,(0,0)g(x, y) = −x − y + x2 + xy.

   

f 1(x,y,u,v) =   xu6 + y2v3 + 1 = 0f 2(x,y,u,v) =   xy3 + uv2 = 0

.

•    u  =  u(x, y), v   =  v(x, y)  

  p = (x0, y0, u0, v0) = (0, 1, 0, −1).

Page 53: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  p  

  C∞(R4).  

∂ (f 1, f 2)

∂ (u, v)  ( p) =

6xu5 3y2v2

v2 2uv  p = 0 31 0 = −3.

  A    (0, 1)    B    (0, −1)   u    v.

•    ux(x, y)    vx(x, y).

 

(xu6 + y2v3 + 1)x   =   u6 + 6xu5ux   + 3y2v2vx   = 0(xy3 + uv2)x   =   y3 +   v2ux   + 2uvvx   = 0

.

 

ux  =  3y5v2 − 2u7v

12xu6v − 3y2v4, vx =

  u6v3 − 6xy3u5

12xu6v − 3y2v4.

  uy(x, y)    vy(x, y).

 

(xu6 + y2v3 + 1)y   = 2yv3 + 6xu5uy   + 3y2v2vy   = 0(xy3 + uv2)y   = 3xy2 +   v2uy   + 2uvvy   = 0

.

 

uy  =  9xy4v2 − 2u7v

12xu6v − 3y2v4, vy  =

 2yv5 − 18x2y2u5

12xu6v − 3y2v4 .

  ux(0, 1), vx(0, 1), uy(0, 1), vy(0, 1),    x = 0, y =1, u = 0, v = −1  

ux(0, 1) = −1, vx(0, 1) = 0, uy(0, 1) = 0, vy(0, 1) = 2/3.

 

  v   (0, 1),          

  x

3vx(0, 1) = 01 +   ux(0, 1) = 0

,

  vx(0, 1) = 0ux(0, 1) =   −1.

•    h(x, y) = (u(x, y), v(x, y))    C∞−  

  (0, 1)    (0, −1).   h  

  C∞    (0, 1)    h(0, 1) = (0, −1)  

  det(dh(0,1)) = 0.  

 

det(dh(0,1)) = det−

1 00 2/3

= −2/3 = 0.

•    u    (0, 1)  

  du(0,1) = 0,  

   

2xey+t + y + x   = 0x + t + ey = 1

.

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  x =  x(t)    y  =  y(t).     x(t)  

    x(t)    t = 0 

 Rn

 

 

    M  ⊂  Rn   Rn

 

  0 < m < n    Ck   M     Ck−    Rn

  k  

  p    M     U     p    n − m      f  j    Ck(U ),  

  M  ∩ U  = {x ∈ U ;  f m+1(x) = . . . =  f n(x) = 0}.    

f  j  

  p, ∇f  j( p), j   =   m + 1, . . . , n ,  

 

 •

 

  f  = (f m+1, . . . , f  n)    rang(df  p) = n − m.•    f (x)  

     p  

  ∂ (f m+1,...,f n)∂ (xm+1,...,xn)

( p) = 0.

  A × B    p,   f (x) = 0    xm+1, . . . , xn :  A −→ B  

  x1, . . . , xm    M ∩(A×B).  

 

Ck

−    Rn

 

  Ck.•

   ∇f  j( p), j = m + 1, . . . , n ,    

  p  

 •

   ax + by + cz  + d = 0 (a,b,c) = (0, 0, 0)  

 C∞

   R3.

•    T   :  Rn −→  Rm,   0  < m < n,  

  m,    M   = {x ∈  Rn;  T (x) = 0}    C∞  

Rn   n − m.

  rang(dT ) = rang(T ) = m.  

C∞  

•    x − a  =  r >  0    n − 1    C∞  

Rn.    S  = {x ∈ Rn;  f (x) = x − a2 − r2 = 0},  

∇f (x) = (2(x1 − a1), . . . , 2(xn − an)).    x ∈   S, ∇f (x)   = 2r  

∇f (x) = 0.•    f   : A ⊂ Rn −→ Rm

  Ck(A),    Ck−  

  Rn+m   n.

  Graf (f ) = {(x, y) ∈ A × Rm; f (x) − y  = 0}.

Page 55: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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•  

  ·  

1    R2  Rn

 

•    ·  

  Rn 

 

 

  f   : [a, b] → R  

  C1   [a, b]    f   

  [a, b]    f   

  [a, b]    (a, b)  

  f     (a, b)  

  x1, · · ·  , x j    f     (a, b)  

  f     [a, b]    M   = max{f (a), f (x1), · · ·  , f (x j), f (b)}  

  m = min{f (a), f (x1), · · ·  , f (x j), f (b)}  

  f (x) =  x3 − 3x2 + 1    x1   = 0, x2   = 2  

  f     [1, 3]    M   = max{f (1), f (2), f (3)}   = max{−1, −3, 1}   = 1   3    m   = min{f (1), f (2), f (3)}   =min{−1, −3, 1} = −3    2 

 

 

  h  

C1   K  

 

      K   

 

 

    K    

 

  p1, · · ·  , p j    h    K o  

    K    

 

 

  q 1, · · ·  , q m  

 

 

 

    h    pi  

  q i      h   K  

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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       M   

Rn   m    Ck.    U     p ∈ M     U ∩ M  =

{x ∈ U ;  f m+1(x) = . . . =  f n(x) = 0}    f  j ∈ Ck(U )  

 p  

  h   :   U  −→   R  

  C1(U ).    h  

M  ∩ U     p,    λm+1, . . . , λn  

 

∇h( p) = λm+1∇f m+1( p) + . . . + λn∇f n( p).

h(x, y) =  c1

h(x, y) =  c3=mınim absolut de   h   sobre   A

h(x, y) =  c2

h(x, y) =  c4

h(x, y) =  c5

h(x, y) =  c6=maxim absolut de  h  sobre  A

c1  < c2  < c3  < c4  < c5  < c6  < c7

h(x, y) =  c7

A =  {(x, y) ∈  R2 : f (x, y) = 0}

 p

∇(f )( p)

∇(h)( p)

∇(f )(q )

∇(h)(q )

cor es e n vell e corresponents als valors

  •  

 

  x = (x1, . . . , xn)    λ = (λm+1, . . . , λn)  

F (x, λ) = h(x) − λm+1f m+1(x) − . . . − λnf n(x).

  h    M   

   p    λ p    (∇F )( p, λ p) = 0.

    h(x, y) = xy  

  (0, 0)  

√ 2 

  h(x, y) = xy   f (x, y) = x2 + y2 − 2 ≤ 0  

    h    R2

 

B((0, 0), √ 2)  

  h  

  B((0, 0), √ 2)  

    B((0, 0),√ 

2)      Jh(x, y) = (y x)  

  h    p = (0, 0)    B((0, 0),√ 

2)  

 

     

  x2+y2 = 2    R2  

 

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  F (x,y,λ) =   xy − λ(x2 + y2 − 2)  

  x    y    F  

y − 2λx   = 0x

−2λy   = 0

−(x2 + y2 − 2) = 0 x2 − y2 = 0

x2

+ y2

= 2   q 1  = (1, 1), q 2  = (1, −1)

q 3  = (−1, 1), q 4  = (−1, 1) .

    h      f ( p) = 0    f (q 1) = f (q 4) = 1    f (q 2) =f (q 3) = −1 

   

  h    B((0, 0),√ 

2)    1    (1, 1)  (−1, −1)  

  h    B((0, 0),√ 

2)    −1  

(1, −1)    (−1, 1) 

 

    h(x, y) =   xy  

  K  = {(x, y) ∈ R2 : x2 + y2 ≤ 2, x ≥ 0, y ≥ 0} 

  h(x, y) = xy   f 1(x, y) = x2 + y2 − 2 ≤ 0     f 2(x, y) = x ≥ 0    f 3(x, y) = y ≥ 0  

    h    R2 

K     x2+y2−2 ≤ 0  

  x ≥ 0    y ≥ 0  

 

  h  

  K  

   

h  

  K o

= {(x, y) ∈ R2

: x2

+ y2

< 2, x > 0, y > 0}   

  h    p   = (0, 0)    K o  

 

   

•    h    K 1  ={(x, y)  ∈   R2 :   x2 +  y2 −  2 = 0, x >   0, y >   0}

   

F (x,y,λ) = xy − λ(x2 + y2 − 2)    x  y    F   

q 1  = (1, 1), q 2  = (1, −1), q 3 = (−1, 1), q 4 = (−1, 1).

  x >  0    y >  0  

q 1  = (1, 1) 

•    K 2   = {(x, y) ∈  R2 :  x2 + y2 − 2 ≤  0, x  =0, y ≥  0}     h(x, y) = 0  

 

•    K 2   = {(x, y) ∈  R2 :  x2 + y2 − 2 ≤  0, x ≥0, y   = 0}     h(x, y) = 0  

 

    h      f (1, 1) = 1    f (0, y) = f (x, 0) = 0 

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7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  h    K     1    (1, 1)  

  h    K     0    (x, 0)    (0, y)   x2+y2 ≤ 2     x ≥ 0    y ≥ 0    (x, 0)     0 ≤ x ≤ √ 

 

(0, y) 

  0 ≤ y ≤ √ 2 

    h(x,y,z ) = x2 +y2 + z 2 + x + y + z     K  = {(x,y,x) ∈ R3 :   x2 + y2 + z 2 ≤ 4, z  ≤ 0}.

•      K   

  (0, 0, 0)    K  = Φ−1((−∞, 4]×(−∞, 0])   Φ(x,y,z ) = (x2 + y2 + z 2, z ).    Φ :  R2 −→  R2

  (−∞, 4] ×(−∞, 0]  

  R2, K     K   

  h    K,  

  K.

•    K      K     Rn

 

  Rn,  

 

  K  = K 0 ∪ K 1 ∪ K 2 ∪ K 3  

K 0 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2 + y2 + z 2 < 4, z < 0},

K 1 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2 + y2 + z 2 < 4, z  = 0} ⊂ F r(K ),

K 2 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2 + y2 + z 2 = 4, z < 0} ⊂ F r(K ),

K 3 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2 + y2 + z 2 = 4, z  = 0} ⊂ F r(K ).

  K 0   Rn, K 1   R3  

  C∞−  

  K 2

 

 C∞−

   K 3  R3

  C∞−  

  h  

    K 0 = {(x,y,z ) ∈ R3;  x2 + y2 + z 2 <4, z < 0}.   ∇h(x,y,z ) = (2x + 1, 2y  +1, 2z  + 1) = (0, 0, 0),    p = (−1/2, −1/2, −1/2).

    K 1 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2+y2+z 2 <4, z  = 0}.   K 1   h(x,y,z )    h1(x, y) =   h(x,y, 0) =

x2 + y2 + x + y  

  x2 +  y2 <   4.  

  ∇h1(x, y) = (2x + 1, 2y   + 1) = (0, 0),    (x, y) =(−1/2, −1/2).  

  (−1/2, −1/2, 0).     K 2 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2+y2+z 2 =

4, z < 0}.   h  

 

Page 59: Calculo de Diversas Variables

7/23/2019 Calculo de Diversas Variables

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  h(x,y,z ) =4 + x + y + z.  

 

  F (x, y, z, λ) = 4 + x + y + z  − λ(x2 + y2 + z 2 − 4).  

h  

  F   

1 − 2λx   = 01 − 2λy   = 01 − 2λz    = 0

x2 + y2 + z 2 − 4 = 0

  (x, y, z, λ) = (2/√ 

3, 2/√ 

3, 2/√ 

3,√ 

3/4)    (x, y, z, λ) =(−2/

√ 3, −2/

√ 3, −2/

√ 3, −√ 

3/4).  

q 1  = (2/

√ 3, 2/

√ 3, 2/

√ 3), q 2  = (−2/

√ 3, −2/

√ 3, −2/

√ 3).

  z < 0  

    K 3 = {(x,y,z ) ∈ R3 :   x2+y2+z 2 =4, z  = 0}.   h    h3(x, y) = 4 + x + y,  

  (x, y)    x2 + y2 = 4.  

  h3   x2 + y2 = 4.

  F (x,y,λ) = 4 + x  +  y − λ(x2 + y2 − 4).    ∇F   = (1 − 2λx, 1 −2λy, −x2 − y2 + 4)    (x,y,λ) = (2/

√ 2, 2/

√ 2,

√ 2/4)    (x,y,λ) =

(−2/√ 

2, −2/√ 

2, −√ 2/4),  

  (2/√ 

2, 2/√ 

2, 0)    (−

2/√ 

2,−

2/√ 

2, 0).•  

 

(x,y,z )   f (x,y,z )(−1/2, −1/2, −1/2)  

(−1/2, −1/2, 0)  

(−2/√ 

3, −2/√ 

3, −2/√ 

3) 4 − 2√ 

3(√ 

2,√ 

2, 0) 4 + 2√ 

2(−√ 

2, −√ 2, 0) 4 − 2

√ 2

•    h    K     4 + 2√ 

2  

  (√ 

2,√ 

2, 0)  

  h    K     −3/4  

  (−1/2, −1/2, −1/2).

    p = (−2, 0)    y =  x2−2x+1.   M  = {(x, y) ∈ R2; f (x, y) = x2−2x+1−y = 0}

 

  R2   C∞    R  

  M   

 

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  d( p, M ) = inf q∈M   p − q   

  d( p, M )2   (x + 2)2 + y2   x2 − 2x + 1 − y = 0 

     

 

   

  F (x,y,λ) = (x + 2)2 + y2 − λ(x2 −

2x + 1 − y).  

2(x + 2) − λ(2x − 2) = 02y + λ   = 0

−(x2 − 2x + 1 − y) = 0

,  

(x + 2) + 2(x2 − 2x + 1)(x − 1) = 2x3 − 6x2 + 7x = 0  

x = 0.   (0, 1)    d( p, M ) =

√ 5.

 

 

  y    x2

− 2x + 1 = (x

 − 1)2   h(x) =   d( p, M )2 =

(x + 2)2 + (x − 1)4   h(x)    +∞    x → ±∞ 

  h(x) = 2x+4−4(x−1)3 =4x3 − 12x2 + 14x = 2x(2x2 − 6x + 7) = 0    x = 0  

  h(0) = 14   >   0    h    0  

  d( p, M ) = 

h(0) =√ 

5    (0, 1) 

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Ck  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ·  

 

 

 

 

 

 

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