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[Resuelto] Práctica 4: Ejercicio 21.

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Bueno ésta es la primera vez que escribo en TeX. Hago el ejercicio 21 de la Práctica 4 que es medio largo y cuentero. Si alguien también lo hizo que me diga si está bien porque era un tanto distinto a los anteriores. 😕

Ejercicio 21

\(\textrm{Sea}\) \(f : {\mathbb{R}}^{2} \rightarrow {\mathbb{R}}^{2}\)

$$f(x,y) = (y\sqrt{{x}^{3}} + (y+1)^2 - 6 , (\ln(x) + 5)y - 4)$$

\(\textrm{a) Probar que existe una inversa de}\) \(f\) \(\textrm{en un entorno del punto}\) \(p = (5,6) = f(1,2)\) \(\textrm{, diferenciable en p.}\)

Primero verificamos que f(1,2) = (5,6) = p.

\(\bullet\) f es de clase \({C}^{1}\) pues existen sus derivadas parciales y son continuas en todo \({\mathbb{R}}^{2}\)

\(\bullet\) Calculemos ahora la Diferencial \(Df(x,y)\)

$$Df(x,y) = \left(\begin{matrix}y\frac{3}{2}\sqrt{x} & \sqrt{{x}^{3}} + 2(y+1) \\ \frac{y}{x} & \ln(x)+5\end{matrix}\right)$$

Calculemos el Jacobiano \(Jf(1,2)\)

$$Jf(1,2) = \det(Df(1,2)) = 3.5 - 7.2 = 15-14 = 1 \neq 0$$

Como el Jacobiano es distinto de cero y f es de clase \({C}^{1} \Rightarrow f : U \rightarrow V\) es biyectiva y \({f}^{-1}\) es de clase \({C}^{1}\) en \(V \Rightarrow {f}^{-1}\) es diferenciable en (5,6), con \({f}^{-1} : V \rightarrow U\).

\(\textrm{b) Sean}\) \(v=(\frac{1}{\sqrt{5}} , \frac{2}{\sqrt{5}}) , w=(\frac{2}{\sqrt{13}} , \frac{3}{\sqrt{13}})\) \(\textrm{vectores en}\) \(\mathbb{R}}^{2}\) \(\textrm{y}\) \(g : {\mathbb{R}}^{2} \rightarrow \mathbb{R}\) \(\textrm{una funcion diferenciable en}\) \(q = (1,2)\) \(\textrm{tal que}\) \(\frac{\partial g}{\partial v}(1,2)=4\) \(\textrm{y}\) \(\frac{\partial g}{\partial w}(1,2)=5\). \(\textrm{Calcular}\) \(D(g \circ {f}^{-1})(5,6)\)

Sabemos que \(D(g \circ {f}^{-1})(5,6) = Dg({f}^{-1}(5,6)) \circ D{f}^{-1}(5,6)\)

Calculemos

$$D{f}^{-1}(5,6)=\left(\begin{matrix}5 & -7 \ -2 & 3\end{matrix}\right)$$

Nos falta calcular \(Dg(1,2)\) que ni la fórmula nos dan. Pero sacaremos la información de esta función de las derivadas direccionales que nos dieron.

Como \(g\) es diferenciable podemos calcular la derivada direccional respecto del vector \(v\) con la fórmula del producto escalar entre el gradiente de \(g\) y ese vector. Lo mismo podemos hacer con \(w\). Así, nos quedará un sistema de ecuaciones con 2 incógnitas.

Sabemos que \(\bigtriangledown g(1,2) . v = 4 \Leftrightarrow {g}_{x}(1,2) . \frac{1}{\sqrt{5}} + {g}_{y}(1,2) . \frac{2}{\sqrt{5}} = 4\)

Análogamente para \(w\), \(\bigtriangledown g(1,2) . w = 5 \Leftrightarrow {g}_{x}(1,2) . \frac{2}{\sqrt{13}} + {g}_{y}(1,2) . \frac{3}{\sqrt{13}} = 5\)

Entonces armamos el sistema de ecuaciones:

$$\frac{{g}_{x}(1,2)}{\sqrt{5}} + \frac{2{g}_{y}(1,2)}{\sqrt{5}} = 4\Rightarrow\frac{2{g}_{y}(1,2)+{g}_{x}(1,2)}{\sqrt{5}} = 4 \;\star$$
$$\frac{2{g}_{x}(1,2)}{\sqrt{13}} + \frac{3{g}_{y}(1,2)}{\sqrt{13}} = 5\Rightarrow\frac{3{g}_{y}(1,2)+2{g}_{x}(1,2)}{\sqrt{13}} = 5 \;\diamond$$

Despejo \({g}_{x}(1,2)\) de \(\star\):

$${g}_{x}(1,2)=4\sqrt{5}-2{g}_{y}(1,2)$$

Reemplazo en \(\diamond\), y resulta

$${g}_{y}(1,2)=-5\sqrt{13}+8\sqrt{5} \Rightarrow {g}_{x}(1,2)=-12\sqrt{5}+10\sqrt{13}$$

Entonces, armamos el gradiente de la función en el (1,2) y, por lo tanto,

$$Dg(1,2) = \left(\begin{matrix}-12\sqrt{5}+10\sqrt{13} & -5\sqrt{13}+8\sqrt{5} \end{matrix}\right)$$

Ahora sólo falta multiplicar las matrices y listo.

$$D(g \circ {f}^{-1})(5,6) = \left(\begin{matrix}-12\sqrt{5}+10\sqrt{13} & -5\sqrt{13}+8\sqrt{5} \end{matrix}\right) . \left(\begin{matrix}5 & -7 \\ -2 & 3\end{matrix}\right)=$$

Respuesta:

$$D(g \circ {f}^{-1})(5,6) = \left(\begin{matrix}-76\sqrt{5}+60\sqrt{13} & 108\sqrt{5}-85\sqrt{13} \end{matrix}\right)$$

Muy bueno! tenia dudas en este ejercicio, pero lo hice asi como vos.. eso si, me dio numeros diferentes, pero es lo de menos un error de cuenta (que seguramente fue mio porq me conozco)
Segui aportando, asi ayudandonos entre todos salimos adelante (Y) (Y)

De esta practica no creo que postee más porque son muy largos y de mucho probar. La Práctica 5 me llamaa... recien hice los 2 primeros nada más.. Che nico felicitaciones x ser ahora AYUDANTE DE SEGUNDA!!!! 😉

Nuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu me hiciste dar cuenta de eso!!!
Ahora voya empezar a cobrar $$$ !!!
jajaajajja
Yo deje un par colgadisimos de la practica 4, voya ver si puedo hacerlos, y resumir un poco las cuentas 😛
y en cuanto a los de la practica 5... cuidado... es Taylor... son MUCHAS cuentas!
jajaja
igual hay cuentas q supongo q se pueden dar por "sobreentendidas" y no gastarse en escribirlas... sino nos volvemos locos :S

Preguntonta: como calcularon la matriz diferencial inversa de f????

No tengo idea como Hacerlo 😳

Muchas gracias y saludos

Firma

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\(D(f^{-1})=(Df)^{-1}\) por la regla de la cadena.

Firma

Quimey

pregunta: en el a): ¿es verdad que las derivadas parciales son continuas? porque por ejemplo para x=0 no existe y/x, y tampoco existe el ln para x<0 o igual.
Entonces, para usar el teorema de la función inversa, ¿alcanza con que la función sea continua en un entorno del punto que me piden o tiene que serlo en todo R2?

Alcanza con que sea \(C^1\) en un entorno del punto.

Firma
$$\bigstar Sofi \bigstar$$