Parciais e derivadas direcionais
fx(a,b)=h→0limhf(a+h,b)−f(a,b),Duf(p)=h→0limhf(p+hu)−f(p).
- A parcial fixa as outras coordenadas. As mistas coincidem se forem contínuas numa vizinhança.
- Aqui u é um versor: normaliza a direção para medir variação por unidade de distância.
- Se f for diferenciável, Duf=∇f⋅u. Sem diferenciabilidade, volta à definição.
Gradiente e níveis
Se f é diferenciável e ∇f(p)=0:
- Maior aumento ∥∇f(p)∥ na direção do gradiente; maior descida na oposta. Derivada zero nas direções perpendiculares, só nesse ponto.
- O gradiente é normal ao nível que passa pelo ponto.
Para f=x2+2y3−xy em (1,0), ∇f=(2,−1). Na direção (3,4), o versor é (3/5,4/5) e a taxa é 2/5. A composição f(p+t(3,4)) varia 5 vezes mais depressa, porque cada unidade de t percorre 5 unidades de distância.
Diferenciabilidade e aproximação linear
f(p+h)=f(p)+∇f(p)⋅h+o(∥h∥).
- Parciais contínuas numa vizinhança chegam. Parciais só no ponto, mesmo com continuidade e todas as direcionais, não chegam.
- Plano tangente a z=f(x,y): z=f(a,b)+fx(a,b)(x−a)+fy(a,b)(y−b). Diferencial: df=fxdx+fydy.
- Contraexemplo: w=x3/(x2+y2), w(0,0)=0, é contínua. Para um versor (a,b), D(a,b)w(0,0)=a3, enquanto ∇w(0,0)⋅(a,b)=a: não coincidem em geral.
Jacobiana
Para F:Rn→Rm diferenciável, JF tem uma linha por componente e uma coluna por variável:
F(p+h)≈F(p)+JF(p)h,DuF(p)=JF(p)u.
Para F=(x2+y,xy), JF=(2xy1x). Confere as dimensões antes de multiplicar.
Contraexemplos