Boletín 1: Vectores y geometría del espacio
2.4. Boletín 1: Vectores y geometría del espacio#
Este boletín contiene una selección modificada de los problemas que aparecen recogidos en las secciones 13.1 y 13.2 (capítulo 13) del libro de R. Larson y B.H. Edwards, Cálculo de 2 variables, 10a, McGraw-Hill, 2016.
[1] Describe el dominio y el rango de las siguientes funciones:
\(g(x,y) = x\sqrt{y}\),
\(h(x,y) = \arccos(x+y)\),
\(s(x,y) = \ln(xy-6)\),
\(u(x,y) = \dfrac{-4x}{x^2+y^2+1}\).
[2] Dibuja las curvas de nivel para los valores indicados de la constante \(c\) en los siguientes casos. Hazlo sobre papel y, también, utilizando la función contour
de matplotlib.pyplot
, como se muestra en la Sección 2.1.3 del presente Jupyter Book.
\(z = x^2+4y^2\), \(c=0\), \(2\), \(4\), \(6\),
\(f(x,y) = xy\), \(c=\pm 1\), \(\pm 2\), \(\pm 3\), \(\pm 4\),
\(g(x,y) = \dfrac{x}{x^2+y^2}\), \(c=\pm \frac{1}{2}\), \(\pm 1\), \(\pm 2\),
\(h(x,y) = \ln(x-y)\), \(c=0\), \(c=\pm \frac{1}{2}\), \(\pm 1\),
\(p(x,y) = \dfrac{y}{x^2}\), \(c=0\), \(c=\pm 1\), \(\pm 2\),
\(s(x,y) = 1-|x| - |y|\), \(c=0\), \(c=\pm \frac{1}{2}\), \(\pm 1\), \(\pm 2\).
[3] Razona si son correctas las siguientes afirmaciones:
Si \(f\left(x_{0}, y_{0}\right) = f\left(x_{1}, y_{1}\right)\) entonces \(x_{0}=x_{1}\) e \(y_{0}=y_{1}\).
Si \(f\) es una función entonces \(f(ax,ay) = a^2 f(x,y)\).
Una recta vertical puede cortar a la gráfica de \(z=f(x,y)\) como mucho en un solo punto.
Dos curvas de nivel diferentes de la gráfica \(z=f(x,y)\) pueden intersecarse.
[4] Calcula el límite en el punto indicado y analiza la continuidad en el mismo punto de las siguientes funciones:
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,2)} \dfrac{x}{y},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(1,1)} \dfrac{x}{\sqrt{x+y}},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,1)} \dfrac{\arcsin(xy)}{1-xy},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(2\pi,4)} \sin\left(\dfrac{x}{y}\right).\]
[5] Calcula el límite, si existe, y, si no es así, explica el motivo:
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(1,1)} \dfrac{xy-1}{1+xy},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x^4-4y^4}{x^2+2y^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x-y}{\sqrt{x}-\sqrt{y}},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y,z)\to(0,0,0)} \dfrac{xy+yz^2+xz^2}{x^2+y^2+z^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x}{\sqrt{x^2+y^2}},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x^2y^2}{\left(x^2+y^2\right)^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} xy\cos\left(\dfrac{1}{xy}\right),\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x^2y^2}{x^2y^2+\left(x-y\right)^2},\]
[6] Calcula los siguientes límites. Es muy posible que tengas que usar coordenadas polares o esféricas y la regla de l’Hôpital. Y, ya de paso, comprueba tus cálculos usando sympy
, tal como se hace en la Sección 2.2.4.
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{xy^2}{x^2+y^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x^2-y^2}{\sqrt{x^2+y^2}},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{\sin(x^2+y^2)}{x^2+y^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \left(x^2+y^2\right)\ln\left(x^2+y^2\right),\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y,z)\to(0,0,0)} \dfrac{xyz}{x^2+y^2},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y,z)\to(0,0,0)} \arctan\left(\dfrac{1}{x^2+y^2+z^2}\right),\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{\cos\left(x^2+y^2\right)-e^{x^2+y^2}}{\sin\left(x^2+y^2\right)},\]
- \[\displaystyle\lim_{(x,y)\to(0,0)} \dfrac{x^2+y^2}{\sqrt{x^2+y^2+1}-1}.\]
[7] Analiza la continuidad de las siguientes funciones respecto al valor del parámetro constante \(a\):
- \[\begin{split}f(x,y)=\left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{x^4-y^4}{x^2+y^2} & \quad \mbox{si}\; (x,y)\neq(0,0), \\ a & \quad \mbox{si}\; (x,y)=(0,0),\end{array}\right.\end{split}\]
- \[\begin{split}f(x,y)=\left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{4x^2y^2}{x^2+y^2} & \quad \mbox{si}\; (x,y)\neq(0,0), \\ a & \quad \mbox{si}\; (x,y)=(0,0),\end{array}\right.\end{split}\]
- \[\begin{split}f(x,y)=\left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{x^2+2xy^2+y^2}{x^2+y^2} & \quad \mbox{si}\; (x,y)\neq(0,0), \\ a & \quad \mbox{si}\; (x,y)=(0,0),\end{array}\right.\end{split}\]
- \[\begin{split}f(x,y)=\left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{\sin(xy)}{xy} & \quad \mbox{si}\; xy\neq 0, \\ a & \quad \mbox{si}\; xy=0,\end{array}\right.\end{split}\]
- \[\begin{split}f(x,y)=\left\{ \begin{array}{ll} \dfrac{\sin\left(x^2-y^2\right)}{x^2-y^2} & \quad \mbox{si}\; x^2\neq y^2, \\ a & \quad \mbox{si}\; x^2=y^2,\end{array}\right.\end{split}\]
- \[f(x,y,z) = \frac{z}{x^2+y^2+a}.\]
[8] Dada la función
definir \(f(0,0)\) de manera que \(f\) sea continua en el origen de coordenadas.
[9] Consideramos la siguiente función
siendo \(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\in\mathbb{R}\). Obtén los valores de estas constantes para que se verifiquen las siguientes propiedades (todas a la vez, por supuesto):
El punto \((1,0)\) pertenece a la curva de nivel \(1\) de \(f\),
la función \(f\) es continua en el punto \((0,0)\) y
la función \(f\) es continua en el punto \((1,0)\).