Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad


CÀLCUL DIVERSES VARIABLES, Apuntes de Cálculo diferencial y integral

Asignatura: Calcul diverses variables, Profesor: Lluis Garrido, Carrera: Física, Universidad: UB

Tipo: Apuntes

2013/2014
En oferta
40 Puntos
Discount

Oferta a tiempo limitado


Subido el 02/01/2014

mbesalu-1
mbesalu-1 🇪🇸

4

(9)

2 documentos

1 / 113

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
Ll. Garrido
Barcelona, 2010
C`
ALCUL DE DIVERSES
VA R I A B L E S
Versi ´o 1.2
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32
pf33
pf34
pf35
pf36
pf37
pf38
pf39
pf3a
pf3b
pf3c
pf3d
pf3e
pf3f
pf40
pf41
pf42
pf43
pf44
pf45
pf46
pf47
pf48
pf49
pf4a
pf4b
pf4c
pf4d
pf4e
pf4f
pf50
pf51
pf52
pf53
pf54
pf55
pf56
pf57
pf58
pf59
pf5a
pf5b
pf5c
pf5d
pf5e
pf5f
pf60
pf61
pf62
pf63
pf64
Discount

En oferta

Vista previa parcial del texto

¡Descarga CÀLCUL DIVERSES VARIABLES y más Apuntes en PDF de Cálculo diferencial y integral solo en Docsity!

Ll. Garrido

Barcelona, 2010

C

`

ALCUL DE DIVERSES

VARIABLES

Versi´o 1.

Objectius d’aprenentage

Referits a coneixements:

  • Comprendre el signicat de les diferents derivades d’una funci´o de diverses variables, de la

seva diferenciabilitat, i del seu desenvolupament de Taylor.

  • Estendre el concepte d’integral de Riemann a dues i tres dimensions.

Referits a habilitats, destreses:

  • Adquirir practica en l’analisi de funcions de diverses variables, especialment de la seva

continu¨ıtat.

  • Resoldre problemes de funcions inverses i impl´ıcites.
  • Aprendre a analitzar els m`axims i m´ınims d’una funci´o amb condicions i sense.
  • Adquirir practica en el calcul d’integrals dobles i triples.

Autor:

Llu´ıs Garrido ([email protected])

Departament d’Estructura i Constituents de la Mat`eria &

Institut de Ci`encies del Cosmos

Facultat de F´ısiques

Universitat de Barcelona

Agra¨ıments:

Voldria agrair al meu company Joan Martorell l’acurada detecci´o d’errors, que han estat corregits

en aquesta versi´o, aix´ı com les seves sugger`encies sobre aquest text.

ii

INDEX

2.7.3 Diverg`encia................................... 35

2.7.4 Laplaciana................................... 36

3 APLICACIONS del C

`

ALCUL DIFERENCIAL 37

3.1 Funci´o inversa...................................... 37

3.1.1 Teorema de la funci´o inversa.......................... 38

3.1.2 Canvi de coordenades en R

2 i R

3

....................... 40

3.2 Funci´o impl´ıcita..................................... 43

3.2.1 Teorema de la funci´o impl´ıcita........................ 45

3.2.2 Equaci´o del pla tangent per funcions definides impl´ıcitament....... 48

3.3 M`axims i m´ınims..................................... 50

3.3.1 M`axims i m´ınims absoluts........................... 50

3.3.2 Extrems: m`axims i m´ınims relatius...................... 50

3.3.3 Condici´o necess`aria per ser extrem en una funci´o diferenciable...... 50

3.4 Extrems condicionats. Multiplicadors de Lagrange................. 55

3.4.1 Extrems condicionats per funcions escalars de dues variables....... 55

3.4.2 Teorema de Lagrange per trobar els extrems condicionats de funcions escalars 58

4 INTEGRACI

O DE FUNCIONS DE DIVERSES VARIABLES 63

4.1 Recordatori: integraci´o en R.............................. 63

4.2 Integrals dependents d’un par`ametre.......................... 64

4.3 Integrals M´ultiples................................... 66

4.3.1 Integral doble sobre un rectangle....................... 66

4.3.2 Integrals dobles en regions generals...................... 70

4.4 Integrals triples..................................... 75

4.4.1 Integral triple en una capsa.......................... 75

4.5 Canvi de variables.................................... 77

5 SUCCESSIONS i S

`

ERIES 85

5.1 Successions num`eriques................................ 85

5.1.1 Converg`encia.................................. 85

5.1.2 Successions de Cauchy............................. 85

5.1.3 Successions reals divergents cap a ±∞.................... 86

5.1.4 L´ımits superior i inferior............................ 86

5.1.5 Successions mon`otones............................ 87

5.2 Series numeriques.................................... 88

5.2.1 Condici´o de Cauchy per a la convergencia de series............. 88

5.2.2 S`erie alternada................................. 90

5.2.3 Criteris de converg`encia............................ 91

Ap`endix 95

A Canvi de coordenades: bases i operadors 97

INDEX iii

B Corbes i superf´ıcies a R

3 103

Bibliografia 107

Cap´ıtol 1

Funcions de diverses variables.

1.1 El conjunt R

n

R

n ´es conjunt d’elements, anomenats punts, de la forma

R

n = {(a 1

, a 2

, ...., a n

) = !a | a i

∈ R} (1.1)

per exemple R

2 ´es el conjunt de punts de la forma (x, y), on x i y s´on nombres reals i que

representa el conjunt dels punts en el pla.

En aquests conjunts es poden definir operacions que els doten d’estructures utilitzades en

l’estudi del mon f´ısic. Passem doncs ara, en les seg¨uents seccions, a veure algunes d’aquestes

estructures.

1.1.1 L’espai vectorial R

n

Al conjunt R

n se’l pot dotar d’estructura d’espai vectorial gr`acies a la introducci´o de dues

operacions, una interna i una altra externa i que verifiquen les propietats requerides per a ser

un espai vectorial.

L’operaci´o interna, que designarem per ”+”, es defineix com

R

n

× R

n

−→ R

n

(1.2)

!a,

b −→ !c = !a +

b = (a 1

  • b 1

, ..., a n

  • b n

i que dota a R

n d’estructura de grup abeli`a doncs de la definici´o i utilitzant les propietats de la

suma en el reals, ´es f`acil comprovar que compleix:

  • associativa: (!a +

b) + !c = !a + (

b + !c)

  • existeix l’element neutre

0 = (0, ..., 0), tal que !a +

0 + !a = !a.

  • ∀!a ∈ R

n ∃!a

′ = (−a 1 , ..., −an), anomenat element oposat, tal que !a + !a

′ = !a

  • !a =
  • commutativa: !a +

b =

b + !a

2 Chapter 1. Funcions de diverses variables.

Per altra banda definim l’operaci´o externa com

R × R

n −→ R

n (1.4)

λ,!a −→ λ!a = (λa 1

, ..., λa n

(on λ ´es un escalar) amb les propietats:

  • (λ + μ)!a = λ!a + μ!a
  • λ(!a +

b) = λ!a + λ

b

  • (λμ)!a = λ(μ!a)
  • existeix l’element neutre de l’operaci´o externa (1) tal que: 1!a = !a

aquestes propietats juntament amb l’estructura de grup abans esmentada, doten a R

n d’estruc-

tura d’espai vectorial.

Base de l’espai vectorial R

n

Direm que un conjunt de vectors de R

n , {!xi} i = 1, ..., k s´on linealment dependents si podem

trobar un conjunt de valors reals {λi} i = 1, ..., k, amb algun diferent de 0, tal que

k ∑

i=

λ i

!x i

per exemple en R

2 els vectors (1, 0) i (2, 0) s´on linealment dependents

Direm que un conjunt de vectors de R

n , {!xi} i = 1, ..., k ≤ n s´on linealment independents si

k ∑

i=

λ i

!x i

nom´es es pot verificar si λ i

= 0 ∀i. Per exemple en R

2 els vectors (1, 0) i (0, 1) s´on linealment

independents.

Un conjunt de n vectors linealment independents a R

n {!ei} i = 1, ..., n direm que s´on una

base de l’espai vectorial R

n

. Qualsevol vector de R

n es pot expressar com una combinaci´o dels

vectors de la base: ∀!x ∈ R podem escriure

!x =

n ∑

i=

λ i

!e i

on les λ i

s’anomenen components del vector !x en la base {!e i

Canvi de base

En un mateix espai vectorial podem agafar diferents bases i aleshores un mateix vector t´e

components diferents en les diferents bases.

Per exemple en R

2 podem agafar com a bases:

  • base 1

= {!e 1

= (1, 0), !e 2

4 Chapter 1. Funcions de diverses variables.

1.1.3 Espai vectorial normat

En un espai vectorial euclidi`a (on tenim definit un producte escalar) podem definir la norma

d’un vector com

‖ !x ‖=

!x · !x (1.17)

que compleix les propietats exigides a una norma:

  • ‖ !x ‖= 0 si !x =
  • ‖ !x ‖> 0 si !x *=
  • ‖ c!x ‖=| c |‖ !x ‖
  • ‖ !x + !y ‖≤‖ !x ‖ + ‖ !y ‖ (desigualtat triangular)

Les tres primeres propietats tenen una demostraci´o trivial a partir de les propietats del producte

escalar, mentre que la darrera es pot demostrar utilitzant la desigualtat de Cauchy-Schwarz:

‖ !x + !y ‖

2

= (!x + !y) · (!x + !y) = !x · !x + 2!x · !y + !y · !y ≤‖ !x ‖

2

  • ‖ !y ‖

2

+2 | !x · !y |

≤ ‖ !x ‖

2

  • ‖ !y ‖

2

+2 ‖ !x ‖‖ !y ‖= (‖ !x ‖ + ‖ !y ‖)

2

(1.18)

Espai vectorial normat R

n

Prenent la deficinici´o de producte escalar en R

n donada en 1.16, podem dotar a R

n d’estructura

d’espai vectorial normat, on la norma d’un vector en aquest espai ve donada per:

‖ !x ‖=

!x · !x =

n ∑

i=

x

2

i

EXEMPLE. En R

2 considerem els vectors

  • !x = (x 1

, x 2

) = (‖ !x ‖ cos θ x

, ‖ !x ‖ sin θ x

  • !y = (y 1

, y 2

) = (‖ !y ‖ cos θ y

, ‖ !y ‖ sin θ y

el seu producte escalar ve donat per

!x · !y = x 1

y 1

  • x 2

y 2

= ‖ !x ‖‖ !y ‖ cos θ x

cos θ y

  • ‖ !x ‖‖ !y ‖ sin θ x

sin θ y

= ‖ !x ‖‖ !y ‖ cos(θ y

− θ x

) =‖ !x ‖‖ !y ‖ cos θ (1.20)

De fet en qualsevol espai euclidi`a es defineix l’angle entre dos vectors com aquell que

cos θ =

!x · !y

‖ !x ‖‖ !y ‖

NOTA. | !x · !y |=|‖ !x ‖‖ !y ‖ cos θ |≤‖ !x ‖‖ !y ‖

1.1 El conjunt R

n 5

1.1.4 Espai M`etric. Nocions de topologia

Un Espai M`etric ´es un conjunt M, no buit, d’objectes x, y, z, ... que anomenarem punts i que

esta dotat d’una funci´o d anomenada m`etrica

d : M × M −→ R (1.22)

x, y −→ d(x, y) (1.23)

que satisf`a

  • d(x, x) = 0
  • d(x, y) > 0 si x *= y
  • d(x, y) = d(y, x)
  • d(x, y) ≤ d(x, z) + d(z, y)

tot espai vectorial euclidi ´es tambe un espai m`etric si definim

d(!x, !y) =‖ !x − !y ‖ (1.24)

Les tres primeres propietas de m`etrica es dedueixen trivialment de les propietats del producte

escalar, mentre la darrera ´es consequ`encia de la desigualtat triangular

‖ !x + !y ‖≤‖ !x ‖ + ‖ !y ‖⇒ d(!x + !y,

  1. ≤ d(!x,
    • d(!y,

si ara prenem !x → !x − !z i !y → !z − !y, aleshores la darrera expressi´o es pot escriure com

d(!x − !y,

  1. ≤ d(!x −!z,
    • d(!z − !y,
  1. ⇒‖ !x − !y ‖≤‖ !x −!z ‖ + ‖ !z − !y ‖⇒ d(!x, !y) ≤ d(!x, !z) + d(!z, !y)

Espai M`etric R

n

Com ja hem vist, R

n ´es un espai vectorial euclidia. Per tant, ´es tamb´e un espai metric si definim

la dist`ancia entre dos punts com

d(!x, !y) =‖ !x − !y ‖=

n ∑

i=

(x i

− y i

2 (1.26)

EXEMPLE. En R

2 , d(!x, !y) =

(x 1

− y 1

2

  • (x 2

− y 2

2

La introducci´o de distancia permet tota una riquesa topologica, part de la qual anirem

esbrinant a continuaci´o.

Bola o entorn

En R

n definim bola B n

(!a; r) de centre en el punt !a i de radi r > 0, com el conjunt de punts

B

n

(!a; r) = {!x ∈ R

n ; d(!x,!a) < r} (1.27)

EXEMPLE. En R, B 1

(a; r) = (a − r, a + r)

EXEMPLE. En R

2 , B 2

(!a, r) = {(x, y) |

(x − a 1

2

  • (y − a 2

2 < r}

1.1 El conjunt R

n 7

Punt d’acumulaci´o

Un punt !a ∈ R

n s’anomena punt d’acumulaci´o de S ⊂ R

n , si ∀ bola B n

(!a; r) tenim que B n

(!a; r)∩

(S − !a) *= ∅

Conjunt derivat de S (S

′ )

Es el conjunt format per tots els seus punts d’acumulaci´o.

EXEMPLE. en R tenim S = [a, b) ∪ {c}.

S = [a, b] ∪ {c}

S

′ = [a, b]

En l’exemple de la figura 1.1, on el conjunt S est`a format pels punts de la figura blava

(incloent-hi els de la l´ınia frontera cont´ınua, per`o no els de la discont´ınua) i el punt aillat

f 3

tenim que el punt

i ´es interior, el punt !e ´es exterior, els punts

f i

, i = 1, 2 , 3 s´on frontera, els

punts

i,

f 1

f 2

f 3

s´on adherents i els punts

i,

f 1

f 2

s´on d’acumulaci´o.

Figura 1.1: Diferents tipus de punts del conjunt S.

TEOREMA

Les seg¨uents afirmacions s´on equivalents en R

n

  • S ´es tancat
  • S cont´e tots els seus punts d’acumulaci´o
  • S cont´e tots els seus punts adherents

Conjunt fitat o acotat

S ⊂ R

n ´es fitat si ∃ B n

(!a; r) tal que S ⊂ B n

(!a; r)

En R

n un conjunt tancat i fitat tamb´e es s’anomena com conjunt compacte.

8 Chapter 1. Funcions de diverses variables.

EXEMPLE (en R

2 ). S = {(

1

n

1

m

)|n, m ∈ N }. No ´es obert doncs els seus punts no s´on

interiors. No ´es tancat doncs no cont´e tots els seus punts d’acumulaci´o (el (0,0)).

Es acotat,

per`o no compacte.

EXEMPLE (en R

2 ). S = {(x, y) | x

2

  • y

2 = r

2 }. Es acotat i tancat doncs cont´e tots els seus

punts d’acumulaci´o. Aleshores ´es compacte.

Teorema de Bolzano-Weierstrass

Si S ⊂ R

n ´es fitat i cont´e infinits punts, aleshores existeix com a m´ınim un punt d’acumulaci´o.

EXEMPLE (en R). S = {

1

n

|n ∈ N } t´e un punt d’acumulaci´o que ´es el 0.

Reunions i interseccions d’oberts i tancats

La reuni´o d’una col·lecci´o arbitr`aria (finita o infinita) de conjunts oberts ´es oberta

S = ∪

A∈F

A (1.28)

on A s´on oberts d’una fam´ılia F. Si x ∈ S aleshores x pertany a algun A de la familia i com x

´es interior a n’aquest A, tamb´e ho ´es de S.

La reuni´o d’un nombre arbitrari de tancats, no sempre es tancada. Per exemple, si agafem

la collecci´o de tancats: T k

= [

1

k

, 2], aleshores ∪ k

T

k

= (0, 2]

La intersecci´o d’una col·lecci´o arbitraria (finita o infinita) de conjunts tancats ´es tancada.

La intersecci´o d’un nombre arbitrari d’oberts, no sempre ´es un obert, per exemple ∩ n

1

n

1

n

donar`a el tancat { 0 }.

1.2 Funcions de diverses variables.

Les funcions que estudiarem relacionen punts de R

n amb punts de R

m

. De forma general:

f : D ⊂ R

n −→ R

m (1.29)

!x = (x 1 , ..., xn) −→ !y =

y 1

= f 1

(!x)

y 2 = f 2 (!x)

y m

= f m

(!x)

1.2.1 Camps escalars i vectorials.

En el cas anterior si

  • m = 1 parlarem d’una funci´o escalar
  • m > 1 parlarem d’una funci´o vectorial (composta de m funcions escalars)

10 Chapter 1. Funcions de diverses variables.

  • suma de funcions: (

f + !g)(!x) =

f (!x) + !g(!x)

  • multiplicaci´o per un escalar: (λ

f )(!x) = λ

f (!x)

1.3 L´ımit, l´ımits iterats i continu¨ıtat.

Sigui

f : D ⊂ R

n −→ R

m i !a un punt d’acumulaci´o de D. Direm que

l ∈ R

m ´es l´ımit de

f

en el punt !a si ∀% > 0 , ∃δ tal que si ‖ !x − !a ‖< δ ⇒‖

f (!x) −

l ‖< %, ( on !x ∈ D − {!a})). Ho

expressarem com:

l = lim !x→!a

f (!x) (1.37)

Una altre forma d’expressar-ho seria ∀% > 0 , ∃δ | ∀!x ∈ B

n

(!a, δ) ∩ D ⇒

f (!x) ∈ Bm(

l, %) (on B

vol indicar que el punt central !a no es considera en aquesta bola) i que es pot veure gr`aficament

en la figura 1.

Figura 1.3: L´ımit de

f en el punt !a.

Exemple. Sigui f (x, y) =

2 x

2 (y+1)+y

2

2 x

2 +y

2

que t´e l´ımit 1 quant (x, y) → (0, 0). Per demostrar-ho

hem de comprovar que

∀% > 0 , ∃δ(%) |

x

2

  • y

2 < δ

?

⇒| f (x, y) − 1 |< %

| f (x, y) − 1 | = |

2 x

2 (y + 1) + y

2

2 x

2

  • y

2

2 x

2 y + 2x

2

  • y

2 − 2 x

2 − y

2

2 x

2

  • y

2

2 x

2 y

2 x

2

  • y

2

2 x

2 | y |

2 x

2

  • y

2

≤| y |≤

x

2

  • y

2 (1.38)

per tant prenent δ(%) = % es satisf`a la definici´o de l´ımit (veure figura 1.4).

1.3.1 Propietats dels l´ımits

El l´ımit, si existeix, ´es ´unic

Siguin

b *= !c dos l´ımits de lim !x→!a

f (!x), aleshores

b − !c ‖=‖

b −

f (!x) − !c +

f (!x) ‖≤‖

b −

f (!x) ‖ + ‖

f (!x) − !c ‖ (1.39)

1.3 L´ımit, l´ımits iterats i continu¨ıtat. 11

Figura 1.4: f (x, y) =

2 x

2 (y+1)+y

2

2 x

2 +y

2 a l’entorn del (0,^ 0)

Com els l´ımits existeixen, ∀% > 0 , ∃δ 1

, δ 2

tal que

  • si ‖ !x − !a ‖< δ 1

f (!x) −

b ‖< %/ 2

  • si ‖ !x − !a ‖< δ 2 ⇒‖

f (!x) − !c ‖< %/ 2

Ara si prenem δ = min(δ 1 , δ 2 ) aleshores

b −

f (!x) ‖ + ‖

f (!x) − !c ‖< % ⇒‖

b − !c ‖< % (1.40)

i com aix`o pasa ∀%, aleshores els dos l´ımits han de ser iguals.

Suma de l´ımits

Si lim !x→!a

f (!x) =

b i lim !x→!a

!g(!x) = !c, aleshores lim !x→!a

f (!x) + !g(!x)) =

b + !c.

Demostraci´o. ∀% > 0 , ∃δ 1

, δ 2

tal que

  • si ‖ !x − !a ‖< δ 1

f (!x) −

b ‖< %/ 2

  • si ‖ !x − !a ‖< δ 2

⇒‖ !g(!x) − !c ‖< %/ 2

Ara si prenem δ = min(δ 1 , δ 2 ) aleshores ‖

f (!x) + !g(!x) −

b − !c ‖≤‖

f (!x) −

b ‖ + ‖ !g(!x) − !c ‖<

%/2 + %/2 = % i per tant lim !x→!a

f (!x) + !g(!x)) =

b + !c.

L´ımit del producte d’un escalar per una funci´o

Si lim!x→!a

f (!x) =

b aleshores lim!x→!a(λ

f (!x)) = λ

b.

Demostraci´o. Com lim !x→!a

f (!x) =

b, vol dir ∀% > 0 , ∃δ tal que si ‖ !x −!a ‖< δ ⇒‖

f (!x) −

b ‖<

%/ | λ |. Aleshores ∀% > 0 hem trobat un δ tal que si ‖ !x − !a ‖< δ tenim

‖ λ

f (!x) − λ

b ‖=| λ |‖

f (!x) −

b ‖<| λ |

| λ |

1.3 L´ımit, l´ımits iterats i continu¨ıtat. 13

limx→ 0 (limy→ 0

xy + y

2

x

2

  • y

2

) = limx→ 0

x

2

que al ser diferents ens indica que el l´ımit de la funci´o en el (0,0) no existeix.

1.3.3 L´ımits direccionals

Una altra forma possible d’acostar-se al punt !a es seguint qualsevol recta que passi per aquest

punt, del tipus !x = !a + λ!u, on !u ´es un vector que ens indica la direccci´o de la recta (exemple

cam´ı (3) de la figura 1.5). Aleshores hem de calcular

limλ→ 0

f (!a + λ!u)

Si el l´ımit depen de !u, el l´ımit de la funci´o no existeix, pero si s´on iguals no ens assegura res.

Exemple. f (x, y) =

xy

2

x

3 +y

3

i volem calcular el l´ımit quan ens apropem al (0,0). Les diferents

rectes que passen pel (0,0) s´on de la forma !x = !a + λ!u = (0, 0) + λ(1, m) = (λ, λm) i per tan

podem calcular

lim λ→ 0

f (λ, λm) = lim λ→ 0

λm

2 λ

2

λ

3

  • m

3 λ

3

m

2

1 + m

3

que com que dep`en de la direcci´o ens indica que el l´ımit de la funci´o en el (0,0) no existeix.

1.3.4 Funcions cont´ınues

Una funci´o ´es cont´ınua en !a si

lim !x→!a

f (!x) =

f (!a) (1.43)

en altres paraules ∀% > 0 , ∃δ tal que si ‖ !x − !a ‖< δ ⇒‖

f (!x) −

f (!a) ‖< % (!x ∈ D − {!a}).

Una funci´o sera discontinua en !a si no esta definida, no existeix el l´ımit o el l´ımit no coincideix

amb el valor de la funci´o. Si el l´ımit existeix i ´es discontinua, aquesta discontinu¨ıtat ´es evitable.

La suma de dos funcions cont´ınues ´es cont´ınua

Per a la seva demostraci´o es procedeix de forma similar a la de suma de l´ımits

Una funci´o vectorial ´es cont´ınua si i tan sols si totes les seves components s´on

cont´ınues

Sigui

f (!x) cont´ınua en !a. Aleshores lim !x→!a

f k

(!x) = lim !x→!a

f (!x) · ˆe k

f (!a) · eˆ k

= f k

(!a) doncs f

´es cont´ınua.

Siguin les f k

cont´ınues, aleshores lim !x→!a

f (!x) = lim !x→!a

f k

(!x) · ˆe k

f k

(!a) · ˆe k

f (!a)

NOTA. Les funcions lineals de R

n → R

m s´on cont´ınues. Efectivament

f (!x) −

f (!a) ‖ = ‖

f (!a +

h) −

f (!a) ‖=‖

f (

h) ‖=‖

f (

h i

eˆ i

h i

f (ˆe i

| hi |‖

f (ˆei) ‖≤‖

h ‖

f (ˆei) ‖≤‖

h ‖ nk ≤ δnk (1.44)

on k ≥ max{‖

f (ˆe i

) ‖, i = 1, ..., n} i agafant δ = %/nk queda demostrat.

14 Chapter 1. Funcions de diverses variables.

Figura 1.6: Composici´o de funcions

Continu¨ıtat de funcions compostes

Considerem les funcions:

f : A ⊂ R

n → R

m i !g : B ⊂ R

m → R

s tals que

f (A) ⊂ B.

Si

f ´es cont´ınua en !a i !g ´es cont´ınua en

b =

f (!a) ∈ B, aleshores la funci´o composta !go

f ´es

tamb´e cont´ınua en !a.

Com es veu en la figura 2.

A ⊂ R

n

! f

→ B ⊂ R

m

!g

→ R

s

!a

f!

b =

f (!a)

!g

→ !c = !g(

f (!a))

Efectivament, com que !g ´es cont´ınua en el punt

b aleshores ∀% > 0 , ∃ρ tal que si ‖ !z −

b ‖<

ρ ⇒‖ !g(!z) − !g(

b) ‖< %, per`o com que

f ´es cont´ınua el punt !a aleshores ∀ρ > 0 , ∃δ tal que si

‖ !x − !a ‖< δ ⇒‖

f (!x) −

f (!a) ‖< ρ.

Per tant concloem que ∀% > 0 , ∃δ tal que si ‖ !x − !a ‖< δ ⇒‖

f (!x) −

f (!a) ‖< ρ ⇒‖ !z −

b ‖<

ρ ⇒‖ !g(

f (!x)) − !g(

f (!a)) ‖< %.

Per tant, si

f ´es cont´ınua en !a i !g ´es cont´ınua en

b =

f (!a) ∈ D, aleshores

lim !x→!a

!g ◦

f (!x) = lim !x→!a

!g(

f (!x)) = !g(

f (!a)) (1.45)