Differentiëren met meerdere variabelen

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 1.116

Differenti

Goedendag allen,

Naar aanleiding van een topic gisteren (nl. Maximum bepalen met afgeleide) vroeg ik mij af of het ook mogelijk is om in een dergelijk geval een vergelijking te geven van alle mogelijke oplossingen, waarbij zowel x als w variabel is.

Ofwel, de gevraagde oplossing is dan:
\(f'_a(T, w) = 0\)
.

Waarbij:
\(f_a(T, w) = bh = (2a \cdot \sin T) \cdot \left(a \cdot \cos T - \frac{b}{2 \cdot \tan w}\right) \)
\(= (2a \cdot \sin T) \cdot \left(a \cdot \cos T - \frac{b}{2 \cdot \tan w}\right) \)
\(= (2a \cdot \sin T) \cdot \left(a \cdot \cos T - \frac{a \sin T}{\tan w}\right)\)
\( = 2a^2 \sin T \cos T - \frac{2a^2 \sin^2 T}{\tan w}\)
\( = a^2 \sin(2T) - \frac{2a^2 \sin^2 T}{\tan w}\)
\( = a^2 \left(\sin(2T) - \frac{2 \sin^2 T}{\tan w}\right)\)
.

Deze functie blijkt overigens op het interval [0,w] vrijwel exact overeen te komen met
\(-\frac{a^2}{28w} \cdot T(T-w)\)
, met een afwijking van minder dan
\(-a^2 \cdot 10^{-3}w\)
, wat overigens deels te wijten is aan het feit dat die 28 niet exact 28 is, maar iets van
\(27.99038106\)
als ik de GR moet geloven (ziet iemand hoe je deze benaderingsformule tot stand komt?).

Na een beetje zoeken kwam ik al snel bij de partiële afgeleide terecht (Engelse WIKI). En heb ik geprobeerd de handleiding te volgen. Maar ik liep uiteindelijk vast.

Mijn poging:

Partiële integratie van de formule voor beide variabelen:
\(f'_{a,w}(T) = a^2 \left[\sin(2T) - \frac{2 \sin^2 T}{\tan w}\right]' = a^2\left(2\cos(2T) - \frac{4 \sin T \cos T}{\tan w}\right) = a^2 \left(2\cos(2T)-\frac{2 \sin(2T)}{\tan w}\right)\)
(Klopt op de één of andere manier niet met mijn rekenmachine).
\(f'_{a,T}(w) = a^2 \left[\sin(2T) - \frac{2 \sin^2 T}{\tan w}\right]' = -2a^2 \sin^2 T \left[\frac{1}{\tan w} \right]' = 2a^2 \sin^2 T \left(\frac{1}{\tan^2 w \cdot \cos^2 w}\right)\)
(Klopt op één of andere wijze ook niet met mijn GR).

Kortom: ik kom hier aan met twee afgeleiden die niet kloppen volgens de GR en ik snap niet wat de vervolgstap is.

Wie kan mij in deze verder helpen?

Berichten: 1.116

Re: Differenti

JWvdVeer schreef:(Klopt op de één of andere manier niet met mijn rekenmachine).

-- // --

(Klopt op één of andere wijze ook niet met mijn GR).
Bleek te berusten op dat mijn GR was ingesteld op graden i.p.v. radialen. Met radialen kloppen de afgeleiden wel.

Nu alleen de vervolgstappen dus nog.
Partiële integratie van de formule voor beide variabelen:
Uiteraard moet dat partiële derivatie ofwel partiële afleiding zijn.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differenti

Je zoekt in dat geval nulpunten van beide partiële afgeleiden; dus een stelsel met als vergelijkingen beide partiële afgeleiden en als onbekenden de twee variabelen.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 1.116

Re: Differenti

Je zoekt in dat geval nulpunten van beide partiële afgeleiden; dus een stelsel met als vergelijkingen beide partiële afgeleiden en als onbekenden de twee variabelen.
Dus als ik het goed begrijp zeg jij (wiskundig gezien):

De maxima zijn op de punten
\(\frac{\delta}{\delta T \delta w} = 0 \longrightarrow \frac{\delta^2}{\delta T \delta w} = \frac{\delta}{\delta T} \cdot \frac{\delta}{\delta w} = 0 \longrightarrow \frac{\delta}{\delta T}=0 \vee \frac{\delta}{\delta w}=0\)
.

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differenti

Ik begrijp je notatie niet goed (bovendien is ∂ niet hetzelfde als δ); de functie ontbreekt alleszins.

Als een differentieerbare functie f(T,w) een extremum bereikt in een punt, dan geldt in dat punt ∂f/∂T = 0 en ∂f/∂w = 0.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 1.116

Re: Differenti

Uit de vorige post komt dus:
\(\frac{\delta f_{a,T}(w)}{\delta w} = 2a^2 \sin^2 T \left(\frac{1}{\tan^2 w \cdot \cos^2 w}\right) = 0 \longrightarrow a=0 \vee T=0 \vee w = \frac{\pi}{2}\)
\(\frac{\delta f_{a,w}(T)}{\delta T} = a^2 \left(2\cos(2T)-\frac{2 \sin(2T)}{\tan w}\right) = 0 \longrightarrow a = 0 \vee T = \frac{1}{2}w\)
De laatste oplossing komt tot stand door:
\(2\cos(2T)-\frac{2 \sin(2T)}{\tan w} = 0 \longrightarrow \cos(2T) = \frac{\sin(2T)}{\tan w} \longrightarrow 1 = \frac{\sin(2T)}{\cos(2T)\tan w} = \frac{\tan(2T)}{\tan w} \longrightarrow 2T = w \longrightarrow T = \frac{1}{2}w\)
Eens met deze oplossingen?

Deze laatste oplossing bevestigt overigens mijn benaderingsformule in de eerste post:

Als we nu w en a constant maken, geldt:
\(-\frac{a^2}{28w} \cdot T(T-w) = cT(T-w) = cT^2 -cTw\)
.
\(T_{top} = \frac{-b}{2a} = \frac{cw}{2c} = \frac{1}{2}w\)
(abc-formule).

Berichten: 1.116

Re: Differenti

Ik begrijp je notatie niet goed (bovendien is ∂ niet hetzelfde als δ); de functie ontbreekt alleszins.
Sorry, klopt. Niet echt netjes...

Maar ik snap nu al wat je bedoelt (denk ik), zie vorige post.

Sorry, maar in LaTeX weet ik niet hoe ik het symbool δ er uit kan kloppen...

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differenti

In LaTeX kan je \partial gebruiken voor het teken van de partiële afgeleide.
JWvdVeer schreef:Uit de vorige post komt dus:
\(\frac{\delta f_{a,T}(w)}{\delta w} = 2a^2 \sin^2 T \left(\frac{1}{\tan^2 w \cdot \cos^2 w}\right) = 0 \longrightarrow a=0 \vee T=0 \vee w = \frac{\pi}{2}\)
De laatste oplossing komt tot stand door:
\(2\cos(2T)-\frac{2 \sin(2T)}{\tan w} = 0 \longrightarrow \cos(2T) = \frac{\sin(2T)}{\tan w}\)
\( \longrightarrow 1 = \frac{\sin(2T)}{\cos(2T)\tan w} = \frac{\tan(2T)}{\tan w} \longrightarrow 2T = w \longrightarrow T = \frac{1}{2}w\)
Ook hier heb je door rekening te houden met de periode, nog meer oplossingen natuurlijk. Uit bovenstaande voorwaarde op T, volgt dan hier de bijhorende w.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Berichten: 1.116

Re: Differenti

Het hele idee van de opdracht komt uit het gegeven topic (http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=129802). Het relevante domein is dus [0,w], waarbij geldt
\(0 \leq w \leq \frac{\pi}{2}\)
Gezien we het de limit naar w naar positief oneindig gaat, heb ik hem als
\(\frac{\pi}{2}\)
genoteerd, al is maar de vraag of dit uiteraard correct is (
\(\frac{1}{\tan x} = \cot x = 0 \longrightarrow x = \frac{\pi}{2}\)
). Daarnaast is
\(T = 0\)
de enige die binnen het gegeven domein valt.

Als in de laatste geen rekening zou houden met het domein (en wel rekening zou houden met de periodiciteit), krijg je volgens mij:
\(T = \frac{w + k\pi}{2},\ k \in \mathbb{Z}\)

Gebruikersavatar
Berichten: 24.578

Re: Differenti

Uit de eerste afgeleide volgde T = k.pi; uit de tweede volgt 2T = w+k'.pi zodat w = 2(k.pi)-k'.pi = pi(2k-k') = k''.pi (met k, k' en k'' geheel). Maar die punten behoren niet tot het domein, door het voorkomen van 1/tan(w) in het voorschrift.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

Reageer