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Cálculo multivariable

Ejercicios resueltos de derivadas parciales con soluciones

12 ejercicios de derivadas parciales con respuestas: parciales de primer y segundo orden, gradiente, derivada direccional, plano tangente y puntos críticos.

Cálculo multivariable Actualizado 4 min de lectura

De un vistazo

f_x = \frac{\partial f}{\partial x}, \quad \nabla f = \langle f_x, f_y\rangle, \quad D_{\mathbf{u}}f = \nabla f\cdot\mathbf{u}
Ejercicios
12, con respuestas y soluciones completas
Nivel
Cálculo 3
Necesitas
Todas las reglas de derivación en una variable, sobre todo la regla de la cadena
Idea principal
Deriva respecto de una variable y trata todas las demás como constantes
Practica con números nuevos
Lección de derivadas parciales
En esta página
  1. Ejercicios
  2. Respuestas
  3. Soluciones paso a paso
  4. Errores comunes en estos ejercicios
  5. Sigue practicando

Estos ejercicios de derivadas parciales empiezan con parciales de primer orden y siguen con parciales de segundo orden, gradientes, derivadas direccionales, planos tangentes y puntos críticos. Intenta cada uno primero. Primero van las respuestas y después las soluciones completas.

La idea detrás de todos los ejercicios:

f_x = \frac{\partial f}{\partial x}: \text{ deriva respecto de } x, \text{ trata } y \text{ como constante}

Para ver las ideas con dibujos, lee la guía de derivadas parciales y la guía del gradiente.

Ejercicios

Parciales de primer orden

  1. f(x, y) = x^3y^2 + 4xy. Halla f_x y f_y.
  2. f(x, y) = e^{xy}. Halla f_x y f_y.
  3. f(x, y) = \sin(x^2y). Halla f_x y f_y.
  4. f(x, y) = \ln(x^2 + y^2). Halla f_x.
  5. f(x, y) = \dfrac{x}{y}. Halla f_x y f_y.
  6. f(x, y, z) = xyz + z^2. Halla f_z.

Parciales de segundo orden y valores

  1. f(x, y) = x^2y^3. Halla f_{xx}, f_{yy} y f_{xy}.
  2. f(x, y) = x^2 + 3xy - y^2. Halla f_x(1, 2) y f_y(1, 2).

Gradientes y planos

  1. Halla \nabla f(2, 1) para f(x, y) = x^2y.
  2. Halla la derivada direccional de f(x, y) = x^2y en (2, 1) en la dirección de \langle 3, 4\rangle.
  3. Halla el plano tangente a z = x^2 + y^2 en (1, 2, 5).
  4. Halla y clasifica el punto crítico de f(x, y) = x^2 + y^2 - 4x + 6y.

Respuestas

Ejercicio Respuesta
1 f_x = 3x^2y^2 + 4y, f_y = 2x^3y + 4x
2 f_x = ye^{xy}, f_y = xe^{xy}
3 f_x = 2xy\cos(x^2y), f_y = x^2\cos(x^2y)
4 f_x = \dfrac{2x}{x^2 + y^2}
5 f_x = \dfrac{1}{y}, f_y = -\dfrac{x}{y^2}
6 f_z = xy + 2z
7 f_{xx} = 2y^3, f_{yy} = 6x^2y, f_{xy} = 6xy^2
8 f_x(1, 2) = 8, f_y(1, 2) = -1
9 \langle 4, 4\rangle
10 \frac{28}{5}
11 z = 5 + 2(x - 1) + 4(y - 2), o z = 2x + 4y - 5
12 (2, -3), un mínimo local con valor -13

Soluciones paso a paso

1. Para f_x, y^2 y 4y son constantes: f_x = 3x^2y^2 + 4y. Para f_y, x^3 y 4x son constantes: f_y = 2x^3y + 4x.

2. Regla de la cadena con función interior xy. Su derivada respecto de x es y y respecto de y es x:

f_x = ye^{xy}, \qquad f_y = xe^{xy}

3. Regla de la cadena con función interior x^2y:

f_x = \cos(x^2y)\cdot 2xy, \qquad f_y = \cos(x^2y)\cdot x^2

4. La derivada de \ln u es \frac{u'}{u}, y la derivada respecto de x de x^2 + y^2 es 2x:

f_x = \frac{2x}{x^2 + y^2}

5. Respecto de x, \frac{x}{y} es x por la constante \frac{1}{y}. Respecto de y, es x\cdot y^{-1}:

f_x = \frac{1}{y}, \qquad f_y = -xy^{-2} = -\frac{x}{y^2}

6. Trata x e y como constantes: f_z = xy + 2z.

7. Primero, f_x = 2xy^3 y f_y = 3x^2y^2. Después:

f_{xx} = 2y^3, \qquad f_{yy} = 6x^2y, \qquad f_{xy} = \frac{\partial}{\partial y}(2xy^3) = 6xy^2

Comprobación: f_{yx} = \frac{\partial}{\partial x}(3x^2y^2) = 6xy^2. Coinciden.

8. f_x = 2x + 3y, así que f_x(1, 2) = 2 + 6 = 8. f_y = 3x - 2y, así que f_y(1, 2) = 3 - 4 = -1.

9. f_x = 2xy y f_y = x^2. En (2, 1): \nabla f = \langle 4, 4\rangle.

10. El módulo de \langle 3, 4\rangle es 5, así que el vector unitario es \left\langle\frac{3}{5}, \frac{4}{5}\right\rangle:

D_{\mathbf{u}}f = \langle 4, 4\rangle\cdot\left\langle\frac{3}{5}, \frac{4}{5}\right\rangle = \frac{12}{5} + \frac{16}{5} = \frac{28}{5}

11. En (1, 2), f_x = 2x = 2 y f_y = 2y = 4. El plano tangente es z = f(a, b) + f_x(x - a) + f_y(y - b):

z = 5 + 2(x - 1) + 4(y - 2) = 2x + 4y - 5

12. Iguala f_x = 2x - 4 = 0 y f_y = 2y + 6 = 0: (2, -3). El criterio de la segunda derivada da D = f_{xx}f_{yy} - f_{xy}^2 = 2\cdot 2 - 0 = 4 > 0 con f_{xx} > 0, así que es un mínimo local. El valor es 4 + 9 - 8 - 18 = -13.

Errores comunes en estos ejercicios

  • Derivar la variable que es constante. En el ejercicio 1, f_x de 4xy es 4y, no 4y + 4x.
  • Olvidar la regla de la cadena. En el ejercicio 3, el factor 2xy viene de la función interior x^2y.
  • Usar una dirección que no es un vector unitario. En el ejercicio 10, normaliza primero \langle 3, 4\rangle.
  • Confundir el orden en f_{xy}. f_{xy} significa derivar primero respecto de x y luego respecto de y. Para funciones regulares ambos órdenes coinciden, lo que sirve de comprobación.

Sigue practicando

Para practicar sin límite con corrección al instante, prueba la lección de derivadas parciales, la lección de parciales de segundo orden, la lección de planos tangentes y la lección del gradiente. Para optimizar con una restricción, sigue con los ejercicios de multiplicadores de Lagrange.

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Derivadas parciales

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula una derivada parcial?

Elige la variable respecto de la que derivas y trata todas las demás como constantes. Para f = x^3y^2, f_x = 3x^2y^2, porque y^2 es solo un factor constante.

¿Qué indica el gradiente?

El gradiente \nabla f apunta en la dirección de máximo crecimiento, y su módulo es esa tasa máxima. También es perpendicular a las curvas de nivel.

¿Por qué el vector dirección tiene que ser unitario?

La derivada direccional mide el cambio por unidad de distancia. Un vector más largo multiplicaría la respuesta por su longitud. En el ejercicio 10, usar \langle 3, 4\rangle en lugar de \langle\frac{3}{5}, \frac{4}{5}\rangle da una respuesta cinco veces mayor.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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