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[Resuelto] Verano 2009 - 1er P - Rec - Ej 2

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La primera parte...está bien?
Y como se probaría bién la segunda parte?

$$\textrm{Sea $f:\mathbb{R}^2\to\mathbb{R}$ diferenciable tal que $N : (x,y,z) = \lambda(-4, -6, 2) + (4, 6, 3)$ es normal a $f$ en $(0, 0)$}$$
1) \(\textrm{Hallar $a, b, c \in \mathbb{R}$ tal que}\)
$$\lim_{(x, y) \to (0, 0)} \frac{f(x,y) - c - ax - by}{{(x^2 + y^2)}^{1/2}} = 0$$

Esto se parece mucho a la expresión de diferenciabilidad de una función, donde \(c = f(X_0)\), y \(ax + by = \langle\nabla f(X_0), X - X_0\rangle\).

Si N es normal a f en (0, 0), significa que es normal al gráfico de f en (0, 0), osea al punto (0, 0, f(0, 0)). En particular, existe un \(\lambda\) tal que (0, 0, f(0, 0)) está en la recta.
Entonces sabemos que

$$\lambda(-4, -6, 2) + (4, 6, 3) = (0, 0, f(0, 0))$$
Pero si \(-4\lambda + 4 = 0\), \(\lambda = 1\) y \(f(0, 0) = 2 + 3 = 5\). Entonces ya tenemos \(c = 5\) (porque estamos yendo al (0, 0), no va a quedar nada raro en el producto escalar).

El plano tangente a \((0, 0, f(0, 0))\) con normal \(N\) lo podemos escribir así:

$$\langle (-4, -6, 2), X - (0, 0, 5) \rangle = 0$$
De despejar esto saco que el plano es \(z = 2x + 3y +5\). Pero como es diferenciable, es una buena aproximación de f en este punto, y el plano tangent se escribe como:
$$z = xf_x(0, 0) + yf_y(0, 0) + f(0, 0)$$
Entonces sabemos que \(f_x(0, 0) = 2\), y \(f_y(0, 0) = 3\). Entonces ahora tenemos que \((a, b, c) = (2, 3, 5)\). 2) Calcular el siguiente límite:
$$\lim_{(x,y) \to (0, 0)} \frac{xf(x,y) -5x -x^2 -3xy + y^2}{x^2+y^2}$$

Sé que f es diferenciable en (0, 0), a fortiori tiene que ser continua en (0, 0). Si es continua, y se su valor en (0, 0), entonces se acerca a ese valor cuanto mas cerca esté del (0, 0). En otras palabras, \(0 < ||(x, y)|| < \delta_f \Rightarrow |f(x,y) - 5| < \epsilon_f\)
Pero como incorporo esto para 1) estimar a que tiene el límite (siguiendo una curva simple como y=0 o algo así), y 2) probarlo bién el límite? Me suena a que en alguna parte voy a invocar a \(\delta_f\) como delta auxiliar...pero ni se como darme una idea a lo que tiende el límite...me parece que a 0...pero no sé como probarlo por un camino/curva en particular :s

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Por qué los poetas usan integrales?
Porque Riemann.

Editado 1 vez.

Creo que la primera parte está bien...

Para la segunda:

Primero reescribo la expresión para poder usar la primera parte del ejercicio:

\(\frac{xf(x,y)-5x-x^2-3xy+y^2}{x^2+y^2}=\) \(\frac{x(f(x,y)-5-x-3y-x+x)+y^2}{x^2+y^2}=\) \(\frac{x(f(x,y)-5-2x-3y)+x^2+y^2}{x^2+y^2}=\) \(\frac{x(f(x,y)-5-2x-3y)}{x^2+y^2}+\frac{x^2+y^2}{x^2+y^2}=\) \(\frac{x}{(x^2+y^2)^{\frac{1}{2}}} \cdot \frac {f(x,y)-5-2x-3y}{(x^2+y^2)^{\frac{1}{2}}}+1\)

Ahora queremos saber a cuánto tiende la expresión que nos quedó.
Por la parte \(2\) del ejercicio, sabemos que \(\frac{f(x,y)-5-2x-3y}{(x^2+y^2)^{\frac{1}{2}}}\) tiende a \(0\)

Por otra parte, quiero poder acotar \(\frac{x}{(x^2+y^2)^{\frac{1}{2}}}\) (para que me quede \(0\) por acotado)

\(\frac{|x|}{||(x,y)||}\) \(\leq \frac{||(x,y)||}{||(x,y)||}=1\)

Entonces el límite que queremos calcular queda de la forma

$$acotado \cdot 0+1=0+1=1$$

Ahh... y no lo aclaré pero todo es cuando \((x,y) \longrightarrow (0,0)\)

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$$\bigstar Sofi \bigstar$$

Genial, gracias 🙂