jagomart
digital resources
picture1_Multivariable Calculus Pdf Notes 173378 | Ma103 Auroux 41


 152x       Filetype PDF       File size 0.67 MB       Source: resources.saylor.org


File: Multivariable Calculus Pdf Notes 173378 | Ma103 Auroux 41
mit opencourseware http ocw mit edu 18 02 multivariable calculus fall 2007 for information about citing these materials or our terms of use visit http ocw mit edu terms source ...

icon picture PDF Filetype PDF | Posted on 27 Jan 2023 | 2 years ago
Partial capture of text on file.
                          MIT OpenCourseWare 
                          http://ocw.mit.edu
                           
                           
                           
                          18.02 Multivariable Calculus
                          Fall 2007
                           
                           
                           
                                                                                                                                              .  
                          For information about citing these materials or our Terms of Use, visit: http://ocw.mit.edu/terms
                           
           Source URL: http://ocw.mit.edu/courses/mathematics/18-02-multivariable-calculus-fall-2007/lecture-notes/                                               
           Saylor URL: http://www.saylor.org/courses/ma103/                                                                                                       
                                                                                                                                                                  
           Attributed to: [Denis Auroux]                                                                                                          www.saylor.org 
                                                                                                                                                      Page 1 of 3 
                   18.02 Lecture 14.    –  Thu, Oct 11, 2007 
                                  5 solutions, PS6, practice exams 2A and 2B. 
                   Handouts: PS
                   Non-independent variables. 
                   Often w
                            e have to deal with non-independent variables, e.g. f(P,V,T ) where PV  = nRT . 
                   Question: if g(x,y,z) = c then can think of z = z(x,y). What are ∂z/∂x, ∂z/∂y? 
                                2          3                                                               2
                   Example:  x  + yz + z = 8 at (2, 3, 1).  Take differential:  2xdx + z dy + (y + 3z  ) dz = 0, i.e. 
                                                                         4       1 
                 4 dx + dy + 6 dz = 0 (constraint g = c), or dz = −  dx −  dy.  So ∂z/∂x = −4/6 = −2/3 and 
                           −1/6 (taking th                               6       6
                 ∂z/∂y =                    e coefficients of dx and dy).  Or equivalently:  if y is held constant then 
                 we substitute dy = 0 to get dz = −4/6 dx, so ∂z/∂x = −4/6 = −2/3. 
                   In general:  g(x,y,z) = c ⇒ g dx + g dy + g dz = 0.  If y held fixed, get g dx + g dz = 0, i.e. 
                                                   x       y       z                                x       z 
                 dz = −g /g dx, and ∂z/∂x = −g /g . 
                         x   z                      x   z
                                     on can be dangerous! For example: 
                   Warning: notati
                   f(x,y) = x + y, ∂f/∂x = 1. Change of variables x = u, y = u + v then f = 2u + v, ∂f/∂u = 2. 
                   x = u but ∂f/∂x �= ∂f/∂u !! 
                   This is because ∂f/∂x means change x keeping y fixed, while ∂f/∂u means change u keeping v 
                 fixed, i.e.  change x keeping y − x fixed.                             �    � 
                   Wh        ere’s ambiguity, we must precise what is held fixed:        ∂f     = deriv.  / x with y held 
                       en th                                                            ∂x 
                       � �                                                                   y 
                         ∂f        deriv.  / u with v held fixed. 
                 fixed,   ∂u     =
                              v   �    �      �    �     �    � 
                   Wenowhave  ∂f           =  ∂f      =�   ∂f     . 
                                    ∂u  v       ∂x  v      ∂x  y 
                   In above example, we computed (∂z/∂x)y.  When there is no risk of confusion we keep the old 
                 notation, by default ∂/∂x means we keep y fixed. 
                                                                                                      1 
                   Example: area of a triangle with 2 sides a and b making an angle θ is A = 2ab sin θ.  Suppose 
                 it’s a
                       right triangle with b the hypothenuse, then constraint a = b cos θ. 
                   3 ways in which rate of change of A w.r.t. θ makes sense: 
                   1) view A = A(a,b,θ) independent variables, usual  ∂A  = A (with a and b held fixed).  This 
                                                                            ∂θ       θ 
                            e question: a and b fixed, θ changes, triangle stops being a right triangle, what happens 
                 answers th
                 to A? 
                   2)  constraint  a =  b cos θ,  keep  a  fixed,  change  θ,  while  b  does  what  it  must  to  satisfy  the 
                             �     � 
                 constraint:   ∂A  . 
                               ∂θ  a 
                   3)  constraint  a =  b cos θ,  keep  b  fixed,  change  θ,  while  a  does  what  it  must  to  satisfy  the 
                             �     � 
                 constraint:   ∂A  . 
                               ∂θ  b 
                   Ho
                      w to compute e.g. (∂A/∂θ) ? [treat A as function of a and θ, while b = b(a,θ).] 
                                                    a
                                                                     1           1  2        ∂A      1  2   2 
                   0) Substitution: a = b cos θ so b = a sec θ, A =  ab sin θ =  a  tan θ, (    ) =  a  sec θ. (Easiest 
                                                                     2           2           ∂θ  a   2
                 here, but it’s not always possible to solve for b) 
                                                                                              1              1 
                                     tials:  da = 0 (a fixed), dA = A dθ + A da + A db = ab cos θ dθ +  b sin θ da + 
                   1) Total differen                                   θ       a        b      2              2
                 1 
                 2a sin θ db, and constraint ⇒ da = cos θ db − b sin θdθ.  Plugging in da = 0, we get db = b tan θdθ 
         Source URL: http://ocw.mit.edu/courses/mathematics/18-02-multivariable-calculus-fall-2007/lecture-notes/                 
                                                                     1 
         Saylor URL: http://www.saylor.org/courses/ma103/                                                                         
                                                                                                                                  
         Attributed to: [Denis Auroux]                                                                               www.saylor.org 
                                                                                                                        Page 2 of 3 
                 2 
                 and then                                         �    � 
                              1            1                        ∂A        1            1                  1 
                                       θ +  a sin θb tan θ)dθ,             =  ab cos θ +  a sin θb tan θ =  ab sec θ. 
                      dA =(2ab cos         2                        ∂θ        2            2                  2
                                                                         a 
                    2) Chain rule:  (∂A/∂θ) = A (∂θ/∂θ) + A (∂a/∂θ) + A (∂b/∂θ) = A + A (∂b/∂θ) .  We 
                                              a      θ         a      a        a      b        b      θ     b         a
                 find (∂b/∂θ)a by using the constraint equation.  [Ran out of time here].  Implicit differentiation of 
                 constraint a = b cos θ:  we have 0 = (∂a/∂θ) = (∂b/∂θ) cos θ − b sin θ, so (∂b/∂θ) = b tan θ, and 
                                                                 a             a                            a 
                 hence                      �     � 
                                              ∂A        1            1                  1 
                                                                 θ +  a sin θb tan θ =  ab sec θ. 
                                              ∂θ     = 2ab cos       2                  2
                                                    a 
                    The two systematic methods essentially involve calculating the same quantities, even though 
                 things are written differently. 
                    18.02 Lecture 15. –  Fri, Oct 12, 2007 
                    Review topics. 
                    – Functions of several variables, contour plots. 
                    – Partial derivatives, gradient; approximation formulas, tangent planes, directional derivatives. 
                    Note:  partial  differential  equations  (=  equations  involving  partial  derivatives  of  an  unknown 
                 function) are                                                                        2      2     2     2 
                                 very important in physics.  E.g., heat equation:  ∂f/∂t = k(∂ f/∂x + ∂ f/∂y + 
                 ∂2f/∂z2) describes evolution of temperature over time. 
                    – Min/max problems: critical points, 2nd derivative test, checking boundary. 
                 (least squares won’t be on the exam) 
                    – Differentials, c
                                      hain rule, change of variables. 
                    – Non-independent v
                                           ariables:  Lagrange multipliers, and constrained partial derivatives. 
                    Re-explanation of how to compute constrained partials:  say f = f(x,y,z) where g(x,y,z) = c. 
                 To find (∂f/∂z) : 
                                   y
                    1) using d
                               ifferentials: df = f dx + f dy + f dz. We set dy = 0 since y held constant, and want 
                                                   x        y       z 
                 to eliminate dx.  For this we use the constraint:  dg = g dx + g dy + g dz = 0, so setting dy = 0 
                                                                              x        y        z 
                 we get dx = −g /g dz. Plug into df: df = −f g /g dz + g dz, so (∂f/∂z) = −f g /g + g . 
                                  z   x                             x z   x       z                 y       x z   x    z
                                          �     �         �    �         �    �         �    �         �    � 
                    2) using c              ∂f        ∂f    ∂x       ∂f    ∂y        ∂f   ∂z             ∂x 
                               hain rule:          =               +              +              = f            + f , while 
                                            ∂z        ∂x  ∂z          ∂y   ∂z        ∂z   ∂z         x   ∂z        z
                                                 y               y              y              y              y 
                                     �    �     ∂g �     �         �    �         �    �        �     � 
                                                      ∂x        ∂g   ∂y        ∂g   ∂z             ∂x 
                                0 =  ∂g      =               +              +              = g           + g
                                       ∂z       ∂x  ∂z          ∂y   ∂z        ∂z   ∂z         x   ∂z        z
                                            y              y              y              y              y 
                 which gives (∂x/∂z)y and hence the answer. 
         Source URL: http://ocw.mit.edu/courses/mathematics/18-02-multivariable-calculus-fall-2007/lecture-notes/                     
         Saylor URL: http://www.saylor.org/courses/ma103/                                                                             
                                                                                                                                      
         Attributed to: [Denis Auroux]                                                                                   www.saylor.org 
                                                                                                                            Page 3 of 3 
The words contained in this file might help you see if this file matches what you are looking for:

...Mit opencourseware http ocw edu multivariable calculus fall for information about citing these materials or our terms of use visit source url courses mathematics lecture notes saylor www org ma attributed to page thu oct solutions ps practice exams a and b handouts non independent variables often w e have deal with g f p v t where pv nrt question if x y z c then can think what are example yz at take dierential xdx dy dz i dx constraint so taking th coecients equivalently is held constant we substitute get in general xed on be dangerous warning notati change u but this because means keeping while wh ere s ambiguity must precise deriv en wenowhave above computed when there no risk confusion keep the old notation by default area triangle sides making an angle ab sin suppose it right hypothenuse cos ways which rate r makes sense view usual changes stops being happens answers does satisfy ho compute substitution sec tan easiest here not always possible solve tials da d db total dieren plugg...

no reviews yet
Please Login to review.