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Lição 4 — Diferenciabilidade e Plano Tangente

Diferenciabilidade de funções de várias variáveis: diferencial total, plano tangente, aproximação linear, propagação de erros e o teorema: C¹ implica diferenciável.

Used in: Cálculo 3 — Unidade 1 · USP MAT0216 · ITA MA-013

f(x,y)f(a,b)+fx(a,b)(xa)+fy(a,b)(yb);dz=zxdx+zydyf(x,y)\approx f(a,b)+f_x(a,b)(x-a)+f_y(a,b)(y-b);\quad dz = \frac{\partial z}{\partial x}dx+\frac{\partial z}{\partial y}dy

A diferenciabilidade é mais forte do que a existência das derivadas parciais: exige que o erro da aproximação linear seja o((x,y)(a,b))o(\|(x,y)-(a,b)\|). O plano tangente é o gráfico da aproximação linear.

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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Definição de diferenciabilidade

Diferenciabilidade

f:DR2Rf: D\subset\mathbb{R}^2\to\mathbb{R} é diferenciável em (a,b)D(a,b)\in D se existem fx(a,b)f_x(a,b), fy(a,b)f_y(a,b) e:

lim(h,k)(0,0)f(a+h,b+k)f(a,b)fx(a,b)hfy(a,b)kh2+k2=0\lim_{(h,k)\to(0,0)}\frac{f(a+h,b+k)-f(a,b)-f_x(a,b)h-f_y(a,b)k}{\sqrt{h^2+k^2}} = 0

Equivalentemente: f(a+h,b+k)=f(a,b)+fxh+fyk+o((h,k))f(a+h,b+k) = f(a,b) + f_x h + f_y k + o(\|(h,k)\|).

Plano tangente

Se ff é diferenciável em (a,b)(a,b), o plano tangente ao gráfico de ff em (a,b,f(a,b))(a,b,f(a,b)) é:

z=f(a,b)+fx(a,b)(xa)+fy(a,b)(yb)z = f(a,b) + f_x(a,b)(x-a) + f_y(a,b)(y-b)

Diferencial total

df=fxdx+fydydf = \frac{\partial f}{\partial x}dx + \frac{\partial f}{\partial y}dy

A diferencial dfdf é uma função linear que aproxima Δf=f(a+dx,b+dy)f(a,b)\Delta f = f(a+dx,b+dy)-f(a,b).

Teorema C¹ ⟹ diferenciável

Se fxf_x e fyf_y existem e são contínuas em vizinhança de (a,b)(a,b), então ff é diferenciável em (a,b)(a,b).

(A recíproca é falsa: pode-se ser diferenciável sem ser C¹.)

Propagação de erros

Se f=f(x,y)f = f(x,y) e x,yx,y têm incertezas Δx,Δy\Delta x,\Delta y: ΔfdffxΔx+fyΔy|\Delta f| \approx |df| \leq |f_x|\,|\Delta x| + |f_y|\,|\Delta y|

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — Plano tangente e linearização

Bloco B — Diferencial e propagação de erros

Bloco C — Nível ITA/USP

To continue

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §14.4 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 2, §2.5–2.8 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 2, §6.5–6.8 — Wiley, 2ª ed.
  • Thomas, G.B. — Cálculo, vol. 2, §14.4 — Pearson, 14ª ed.
  • Lima, E.L. — Análise no Espaço Rⁿ, §3 — IMPA, 3ª ed.

Updated on 2026-05-28 · Author(s): Clube da Matemática

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