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Esercizi svolti · Scheda 3

Derivate direzionali e direzione di massima crescita

Teoria usata: Derivata direzionaleFormula del gradienteDirezione di massima crescita

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Esercizio 1

Calcolare la derivata direzionale di

nel punto lungo il versore .

La funzione è un polinomio, quindi le derivate parziali sono continue su tutto e per il teorema del differenziale totale è differenziabile in ogni punto. La formula del gradiente si applica, perciò la derivata direzionale è il prodotto scalare fra il gradiente nel punto e il versore. Il vettore assegnato ha modulo , quindi è già un versore e il prodotto scalare dà direttamente .

Esercizio 2

Calcolare la derivata direzionale di

nel punto nella direzione del vettore .

Il vettore ha modulo , quindi prima si normalizza dividendo per il modulo: la derivata direzionale è definita lungo un versore. La funzione è prodotto di un esponenziale e di un coseno, con derivate parziali continue, perciò è differenziabile e la formula del gradiente si applica. Nel punto assegnato il coseno si annulla e il seno vale , quindi il gradiente è . Il prodotto scalare con il versore dà , che razionalizzato si scrive .

Esercizio 3

Determinare la direzione di massima crescita di

nel punto e il valore massimo della derivata direzionale in quel punto.

La funzione è differenziabile perché le sue derivate parziali sono continue, dato che il denominatore è sempre maggiore o uguale a . Nel punto il denominatore vale , quindi il gradiente è . Per il teorema sulla direzione di massima crescita, la derivata direzionale è massima lungo il versore del gradiente e il suo valore massimo è il modulo del gradiente. Normalizzando , che ha modulo , si ottiene il versore ; il tasso massimo di crescita vale .

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