SEMANAS 07 Y 08 CLASES 05 Y 06 VIERNES 25/05/12 Y 01/06/12



Documentos relacionados
(3) Regla del cociente: Si g(z 0 ) 0, f/g es derivable en z 0 y. (z 0 ) = f (z 0 )g(z 0 ) f(z 0 )g (z 0 ) . g

Métodos Matemáticos I

Las Funciones Analíticas. f (z 0 + h) f (z 0 ) lim. h=z z 0. = lim

UNIDAD 4: PLANO CARTESIANO, RELACIONES Y FUNCIONES. OBJETIVO DE APRENDIZAJE: Representar gráficamente relaciones y funciones en el plano cartesiano.

1. El teorema de la función implícita para dos y tres variables.

Solución del examen de Variable Compleja y Transformadas I. T. I. Electrónica y Electricidad 29 de enero de 2004

Integrales paramétricas e integrales dobles y triples.

(A) Primer parcial. si 1 x 1; x 3 si x>1. (B) Segundo parcial

Funciones de varias variables

INTEGRAL DE SUPERFICIE

Funciones de varias variables reales

Vectores: Producto escalar y vectorial

LÍMITES Y CONTINUIDAD DE FUNCIONES

1. Ecuaciones no lineales

Universidad de Costa Rica Escuela de Matemática CONARE-PROYECTO RAMA. Funciones

Objetivos: Al inalizar la unidad, el alumno:

CÁLCULO PARA LA INGENIERÍA 1

1. Funciones de varias variables

Ejemplos y problemas resueltos de análisis complejo ( )

Apuntes de Matemática Discreta 9. Funciones

AXIOMAS DE CUERPO (CAMPO) DE LOS NÚMEROS REALES

VII. Estructuras Algebraicas

MA3002. Matemáticas Avanzadas para Ingeniería: Funciones de Variable Compleja. Departamento de Matemáticas. Mapeo. Continuidad. Derivada.

Ejemplo: Resolvemos Sin solución. O siempre es positiva o siempre es negativa. Damos un valor cualquiera Siempre + D(f) =

Tema 2. Espacios Vectoriales Introducción

Usamos que f( p) = q y que, por tanto, g( q) = g(f( p)) = h( p) para simplificar esta expresión:

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID MATEMÁTICAS PARA LA ECONOMÍA II PROBLEMAS (SOLUCIONES )

5 Demostrar cada una de las siguientes afirmaciones empleando la definición de

forma explícita forma implícita Por ejemplo cuando: a) representa la forma implícita a una. representa implícitamente a

COORDENADAS CURVILINEAS

a < b y se lee "a es menor que b" (desigualdad estricta) a > b y se lee "a es mayor que b" (desigualdad estricta)

CURSO BÁSICO DE MATEMÁTICAS PARA ESTUDIANTES DE ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES

Aplicaciones Lineales

Soluciones a los problemas Olimpiada de Matemáticas Fase local Extremadura Enero de 2015

1. Dominio, simetría, puntos de corte y periodicidad

Las funciones trigonométricas

1 v 1 v 2. = u 1v 1 + u 2 v u n v n. v n. y v = u u = u u u2 n.

, y su resultado es igual a la suma de los productos de las coordenadas correspondientes. Si u = (u 1, u 2 ) y v = (v 1, v 2 ), = u1 v 1 + u 2 v 2

Conjuntos, Relaciones y Grupos. Problemas de examen.

1. Vectores 1.1. Definición de un vector en R2, R3 (Interpretación geométrica), y su generalización en Rn.

Funciones, x, y, gráficos

Apoyo para la preparación de los estudios de Ingeniería y Arquitectura Física (Preparación a la Universidad) Unidad 4: Vectores

Integral definida. 4. La integral definida de una suma de funciones es igual a la suma de integrales (Propiedad de linealidad)

Departamento de Matemáticas

Funciones uno-uno, sobre y biunívocas

CAPÍTULO III. FUNCIONES

Lección 7 - Coordenadas rectangulares y gráficas

La derivada. 5.2 La derivada de una función

Definición de vectores

Aproximación local. Plano tangente. Derivadas parciales.

Subconjuntos destacados en la

Tema 07. LÍMITES Y CONTINUIDAD DE FUNCIONES

CALCULO AVANZADO. Campos escalares. Límite y continuidad UCA FACULTAD DE CIENCIAS FISICOMATEMATICAS E INGENIERIA

VECTORES. Módulo, dirección y sentido de un vector fijo En un vector fijo se llama módulo del mismo a la longitud del segmento que lo define.

Tema 2 Límites de Funciones

1.5 Funciones trigonométricas

March 25, 2010 CAPÍTULO 2: LÍMITES Y CONTINUIDAD DE FUNCIONES EN EL ESPACIO EUCLÍDEO

LÍMITES DE FUNCIONES. CONTINUIDAD

2.2 Transformada de Laplace y Transformada Definiciones Transformada de Laplace

ESTRUCTURAS ALGEBRAICAS 1

Unidad V: Integración

3. Operaciones con funciones.

CONTINUIDAD DE FUNCIONES DE VARIAS VARIABLES

PROBLEMA [1.5 puntos] Obtener la ecuación de la recta tangente en el punto ( 2, 1) a la curva dada implícitamente por y 3 +3y 2 = x 4 3x 2.

6. VECTORES Y COORDENADAS

Funciones polinomiales de grados 3 y 4

MATEMÁTICAS para estudiantes de primer curso de facultades y escuelas técnicas

2.1.5 Teoremas sobre derivadas

Vectores no colineales.

Integrales y ejemplos de aplicación

Vectores en el espacio

5 Ecuaciones lineales y conceptos elementales de funciones

DIBUJO TÉCNICO. UNIDAD DIDÁCTICA 9: Geometría 2D (V)

1. Teorema del Valor Medio

Tema 10: Límites y continuidad de funciones de varias variables

En la siguiente gráfica se muestra una función lineal y lo que representa m y b.

1. Producto escalar, métrica y norma asociada

Parcial 1 DE CÁLCULO DIFERENCIAL Universidad de los Andes 31 de Agosto de 2010

GUÍA DE EJERCICIOS UNIDAD II

Actividades recreativas para recordar a los vectores. 1) Representa en un eje de coordenadas las siguientes sugerencias:

De acuerdo con sus características podemos considerar tres tipos de vectores:

Límite y continuidad de funciones de varias variables

Funciones de dos variables. Gráficas y superficies.

3.1 DEFINICIÓN. Figura Nº 1. Vector

DERIVADA DE UNA FUNCIÓN DEFINIDA EN FORMA PARAMÉTRICA

Tema 2 Límites de Funciones

Polinomios: Definición: Se llama polinomio en "x" de grado "n" a una expresión del tipo

Variedades Diferenciables. Extremos Condicionados

SISTEMAS DE COORDENADAS SISTEMA COORDENADO UNIDIMENSIONAL

Descripción: dos. función. decreciente. Figura 1. Figura 2

2. Vector tangente y gráficas en coordenadas polares.

Este documento ha sido generado para facilitar la impresión de los contenidos. Los enlaces a otras páginas no serán funcionales.

ECUACION DE DEMANDA. El siguiente ejemplo ilustra como se puede estimar la ecuación de demanda cuando se supone que es lineal.

Funciones más usuales 1

1. Funciones y sus gráficas

1.- Encontrar los intervalos de crecimiento y decrecimiento de las funciones:

Definición Dados dos números naturales m y n, una matriz de orden o dimensión m n es una tabla numérica rectangular con m filas y n columnas.

Semana 08 [1/15] Axioma del Supremo. April 18, Axioma del Supremo

ANALISIS MATEMATICO II Grupo Ciencias 2015

Geometría analítica. Impreso por Juan Carlos Vila Vilariño Centro I.E.S. PASTORIZA

Transcripción:

CÁLCULO IV (7) SEMANAS 7 Y 8 CLASES 5 Y 6 VIERNES 5/5/1 Y 1/6/1 1 Observación Las propiedades de una función real de una variable real se reflejan en su gráfica Pero para w = f(), con w complejos, no es posible hacer una gráfica análoga, porque cada uno de esos números complejos está en un plano, no en una recta No obstante, se puede representar cierta información parcial de la función indicando pares de puntos correspondientes = (x, ) w = (u,v) A tal fin, se dibujan por separado los planos de de w Observaciones de interés: Con base en lo anterior, cuando se piensa de ese modo se habla de una transformación La imagen de un punto del dominio de definición S es el punto w = f() El conjunto de todas las imágenes de los puntos de un conjunto T contenido en S constituen la imagen de T La imagen de todo el dominio de definición se llama la imagen de f Con el fin de captar las características geométricas de ciertas transformaciones se utilian los términos traslación, rotación reflexión 3 Ejemplos de interés: La transformación w = + 1 = (x + 1) + i, donde = x + i, se puede interpretar como una traslación de cada punto una unidad hacia la derecha Como i / e π i =, la transformación iθ i π/ iθ i( θ+π/) w = i = ire = re e = re, gira el vector posición de cada punto no nulo un ángulo recto en sentido antihorario en torno al origen La transformación w = = x i, transforma cada punto en su reflejado respecto del eje real 4 Observación Se obtiene más información de una gráfica que muestre las imágenes de curvas regiones que de la simple enumeración de imágenes de puntos particulares 5 Ejemplo de interés Se tiene una malla formada por arcos de circunferencias concéntricas de radio variable comprendidos entre los ángulos π / 4 segmentos de rectas que pasan por el origen Con una discretiación apropiada se quiere saber la imagen en el plano w de las curvas construidas en el plano producto de la transformación 3 w = Prof José Luis Quintero 9

6 Observaciones de interés: Para cada circunferencia se tiene que los puntos de la forma iθ = r e que representan circunferencias concéntricas con centro en el origen ahora son transformadas como 3 3 i3θ w = f() = = (r ) e De modo que si su radio inicial es menor que 1, ahora este radio es menor si es maor que 1 este radio es maor Por otro lado, los ángulos se triplicaron por efecto de la transformación En los segmentos el efecto fue de alargamiento en su tamaño rotación de su ángulo en sentido antihorario siendo el triple del inicial La gráfica de los planos w se muestra en la figura 1 Estos gráficos fueron generados con el programa transformam de MATLAB 9 18 8 16 7 14 6 1 5 1 4 8 3 6 4 1 4 6 8 1 1 14-15 -1-5 5 1 15 Figura 1 Algunas curvas de la transformación del ejemplo ilustrativo 7 Definiciones de interés: ε entorno de un punto dado Consta de todos los puntos interiores al círculo centrado en de radio especificado ε > entorno perforado Consta de todos los puntos de un excepto el propio ε entorno de 8 Límite Sea f una función definida en todos los puntos de un entorno perforado de Se dice que el ite de f() cuando tiende a es el número w se denotará por f() = w, si se puede lograr que el punto w = f() esté tan cerca de w como se quiera eligiendo el punto suficientemente próximo a, pero distinto de él Prof José Luis Quintero 1

9 Ejemplo 1 Si f() =, demuestre que el ite f() no existe Cuando = (x, ) es un punto del eje real, distinto del origen, x + i f() = = 1 x i Cuando = (, ) es un punto del eje imaginario, distinto del origen, + i f() = = 1 i Por tanto, si se hace tender hacia el origen por el eje real se obtiene como ite el valor 1, mientras que si se tiende por el eje imaginario se obtiene -1 Puesto que el valor de un ite, cuando este existe, es único, se conclue que el ite no existe 1 Ejemplo Calcule + i 1 + i + 1 ( + i)( i) = = ( i) = i + i + i i i i 11 TEOREMA Si w son puntos de los planos w, respectivamente, entonces a f() = si sólo si = f() 1 1 b f() = w si sólo si f = w 1 c f() = si sólo si = f(1 / ) 1 Ejemplo 3 Calcule Como i 3 + 1 + 1 + 1 =, i + 3 1 entonces, de acuerdo con el inciso a del teorema anterior, i + 3 = 1 + 1 13 Ejemplo 4 Calcule + i + 1 Prof José Luis Quintero 11

Sea Resolviendo ( / ) i (1 / ) + 1 + ( / ) + i + i = = (1 / ) + 1 1 + Entonces, de acuerdo con el inciso b del teorema anterior, + i = + 1 14 Ejemplo 5 Calcule Sea Resolviendo 3 1 + 1 (1 / ) + 1 (1 / ) 3 1 3 (1 / ) + 1 + = = 3 3 (1 / ) 1 Entonces, de acuerdo con el inciso c del teorema anterior, 3 1 = + 1 15 Continuidad Una función f es continua en un punto si satisface las tres condiciones siguientes: a f() existe b f( ) existe c f() = f( ) 16 Derivada Sea f una función cuo dominio de definición contiene un entorno del punto La derivada de f en, que se denota por f '( ), se define como f() f( ) f '( ) = siempre que este ite exista Cuando existe la derivada de f en se dice que f es derivable en 17 Observación Expresando en la definición anterior la variable en términos de la nueva variable compleja =, se puede reescribir la definición como f '( ) = f( + ) f( ) Prof José Luis Quintero 1

18 Ejemplo 6 Sea f() = Halle f '() En cualquier punto se tiene ( + ) + + ( ) f '() = = = ( + ) = 19 Ejemplo 7 Sea f() = = Halle f '() ( + )( + ) + + f '() = = = + + Cuando = ( x, ) entonces = Cuando = (, ) entonces = f '() = + + = + f '() = = Puesto que el valor de un ite, cuando este existe, es único, se conclue que para que el ite anterior sea único entonces = Por lo tanto f() sólo es derivable en = Ecuaciones de Cauch-Riemann Recordando que f() se puede expresar como f() = u(x, ) + iv(x, ) asumiendo que se acerca al origen por puntos de la forma ( x,), se tiene que f( + ) f( ) f '( ) = u(x + x, ) + iv(x + x, ) u(x, ) iv(x, ) = x x u(x + x, ) u(x, ) v(x + x, ) v(x, ) = + i x x x = u (x, ) + iv (x, ) x x Si ahora se acerca al origen por puntos de la forma (, ), se tiene que f( + ) f( ) f '( ) = u(x, + ) + iv(x, + ) u(x, ) iv(x, ) = i u(x, + ) u(x, ) v(x, + ) v(x, ) = + i i i u(x, + ) u(x, ) v(x, + ) v(x, ) = i + = v (x, ) iu (x, ) Se tienen ahora expresiones que relacionan f '() con las funciones u(x,), v(x,) Si se igualan la parte real la parte imaginaria de cada una de esas expresiones se tienen las ecuaciones: Prof José Luis Quintero 13

u x(x, ) = v (x, ), v x(x, ) = u (x, ) Las ecuaciones anteriores son llamadas ecuaciones de Cauch-Riemann Estas ecuaciones proporcionan condiciones necesarias para la existencia de f '( ) 1 Ejemplo 8 Sea f() = = x i Para qué valores de será f() derivable? u(x,) = x u (x,) = 1, u(x,) = x u (x,) = x v(x,) = v (x,) =, v(x,) = v (x,) = 1 x Construendo las ecuaciones de Cauch-Riemman se obtiene que: 1 = 1, =, donde se aprecia que en la primera se tiene un absurdo Se conclue que f() no es derivable en ningún Ejemplo 9 Sean x f() = f(x + i) = + i x + x + Sera derivable g() para =?, f() g() = = x x(x + ) x x x u(x,) = u (x,) = = x + (x + ) (x + ) x x x x u(x,) = u (x,) = = x + (x + ) (x + ) x x v(x,) = v (x,) = = x + (x + ) (x + ) x (x + ) x v(x,) = v (x,) = = x + (x + ) (x + ) Construendo las ecuaciones de Cauch-Riemman x x x x = x = x, = x = x (x + ) (x + ) (x + ) (x + ) Al evaluarla en =, ambas se verifican Se estudiará la continuidad de g() en = : (x,) (,) Si se estudia la parte real se tiene que x + i x + x + (x,) (,) x x Si se eligen traectorias de la forma (x,), el ite es igual a 1 Si se eligen traectorias de la forma (x,x) el ite es igual a ½ Se conclue entonces que g() no es continua en =, por tanto no es derivable en = + 3 Condiciones suficientes de derivabilidad Suponga que la función dada por f() = u(x, ) + iv(x, ) está definida en un ε entorno del punto = x + i, que las derivadas parciales de primer orden de las funciones u v respecto de x e Prof José Luis Quintero 14

existen en todos los puntos de ese entorno Si esas derivadas parciales son continuas en (x, ) satisfacen las ecuaciones de Cauch-Riemann en (x, ), entonces f '( ) existe 4 Función analítica Se dice que f es analítica (holomorfa o regular) en un punto si es derivable en un entorno de 5 Punto singular o singularidad Si una función f no es analítica en un punto pero es analítica en algún punto de cualquier entorno de, se dirá que es un punto singular o una singularidad de f 6 Ejemplo 1 El cociente + 4 f() = ( 3)( + 1) es evidentemente analítico en todo el plano excepto en los puntos singulares = ± 3 = ± i 7 Observación Cuando una función viene dada en términos de sus funciones componentes u(x,) v(x,), su analiticidad se puede investigar aplicando los resultados concernientes a las condiciones de Cauch-Riemann 8 Función entera Se dice que f es una función entera si es analítica en todo punto del plano 9 Ejemplo 11 Para f() = cosh(x) cos() + isenh(x)sen(), las funciones componentes son u(x, ) 3 = cosh(x) cos() v(x, ) = senh(x)sen() Como ux = senh(x) cos() = v u = cos h(x)sen() = v en todas partes son continuas, se asegura que f es una función entera x 3 Función armónica Una función real de dos variables reales x, se dice que es armónica en un dominio del plano x si en todos los puntos de ese dominio tiene derivadas parciales de primer de segundo orden continuas satisface además la ecuación en derivadas parciales H xx(x, ) + H (x, ) =, conocida como ecuación de Laplace 31 Ejemplo 1 Es fácil verificar que la función cualquier dominio del plano x T(x, ) = e sen(x) es armónica en 3 TEOREMA Si una función f() = u(x, ) + iv(x, ) es analítica en un dominio D, las funciones componentes u v son armónicas en D 33 Ejemplo 13 Ya se sabe que f() = cosh(x) cos() + isenh(x)sen() es analítica en todo el plano, es decir, es entera Por lo tanto las funciones u(x,) = cosh(x)cos() v(x, ) = senh(x)sen() son armónicas en todo el plano Prof José Luis Quintero 15

34 Ejemplo 14 Se puede demostrar fácilmente que la función compleja dada por f() = x + ix es analítica en todo el plano, es decir, es entera Por lo tanto las funciones u(x, ) = x v(x, ) = x son armónicas en todo el plano 35 Función armónica conjugada Una función v(x,) es armónica conjugada de una función u(x,) en un dominio D si la función f() = u(x,) + iv(x,) es analítica en el dominio D 36 Ejemplo 15 Sea f() = x + i(x ) La función función armónica conjugada de u(x, ) v(x, ) = x no es una = x En efecto se puede ver que al aplicar la ecuaciones de Cauch-Riemann se tiene que u = v =, u = v x = x, x x donde se aprecia que no se verifican, por lo tanto f() no es analítica en ningún punto 37 Ejemplo 16 Sea u(x,) = x una función armónica en todo el plano Encuentre una función armónica conjugada para la función u(x,) Como una armónica conjugada v(x,) está relacionada con u(x,) a través de las ecuaciones de Cauch-Riemann ux = v, u = vx, entonces se tiene que v = ux =, vx = u = x Integrando respecto a se tiene que v(x, ) = d = + g(x) Si se deriva ahora respecto de x se tiene que x = g'(x) g(x) = x + C De modo que la familia obtenida es de la forma de esta familia puede ser sería f() = x + i( x ) v(x, ) = x + C Un miembro v(x, ) = x la función analítica correspondiente 38 Ejemplo 17 Sea 3 u(x,) = 3x una función armónica en todo el plano Encuentre una función armónica conjugada para la función u(x,) Como una armónica conjugada v(x,) está relacionada con u(x,) a través de las ecuaciones de Cauch-Riemann ux = v, u = vx, entonces se tiene que x x v = u = 6x, v = u = 3x 3 Integrando respecto a se tiene que v(x, ) = 6xd = 3x + g(x) Si se deriva ahora respecto de x se tiene que 3 3x 3 = 3 + g'(x) g'(x) = 3x g(x) = x + C Prof José Luis Quintero 16

De modo que la familia obtenida es de la forma de esta familia puede ser sería 3 3 f() = ( 3x ) + i(x 3x ) 3 v(x, ) = x 3x + C Un miembro 3 v(x, ) = x 3x la función analítica correspondiente 39 Transformación conforme Una transformación w = f() se dice que es conforme en un punto si f es analítica en f '( ) 4 Observaciones ejemplos: La transformación conforme posee la propiedad de preservación de ángulos La transformación w = e es conforme en todo el plano porque (e )' = e en todo 41 Algunas aplicaciones de las funciones analíticas: En transferencia de calor en el plano sin variación con el tiempo (estacionario) En flujo de fluidos ideales En flujo bidimensional de un fluido no viscoso Flujo alrededor de un cilindro Prof José Luis Quintero 17