Calcolo di Insiemi di Direzione e Verso di Massima Crescita in Funzioni di Due Variabili

Calcolo di Insiemi di Direzione e Verso di Massima Crescita in Funzioni di Due Variabili Calcolo di Insiemi di Direzione e Verso di Massima Crescita in Funzioni di Due V
Calcolo di Insiemi di Direzione e Verso di Massima Crescita in Funzioni di Due V

Versione italiana

Calcolo di Insiemi di Direzione e Verso di Massima Crescita in Funzioni di Due Variabili

Consideriamo una funzione di due variabili f(x, y)f(x,y)f(x, y). Per determinare la direzione e il verso di massima crescita, utilizziamo il gradiente della funzione.

1. Definizione della Funzione

Sia f(x, y)f(x,y)f(x, y) una funzione di due variabili. Ad esempio:

f(x, y) = x^2 + y^2
f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 + y^2

2. Calcolo del Gradiente

Il gradiente di fff, denotato come \nabla ff\nabla f, è un vettore che contiene le derivate parziali della funzione rispetto a ciascuna variabile:

\nabla f = \left( \frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y} \right)
f=(fx,fy)\nabla f = \left( \frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y} \right)

Esempio di Calcolo del Gradiente

Calcoliamo il gradiente per la funzione f(x, y) = x^2 + y^2f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 + y^2:

  • Derivata parziale rispetto a xxx:

    f_x = \frac{\partial f}{\partial x} = 2x
    fx=fx=2xf_x = \frac{\partial f}{\partial x} = 2x
  • Derivata parziale rispetto a yyy:

    f_y = \frac{\partial f}{\partial y} = 2y
    fy=fy=2yf_y = \frac{\partial f}{\partial y} = 2y

Quindi, il gradiente è:

\nabla f = (2x, 2y)
f=(2x,2y)\nabla f = (2x, 2y)

3. Direzione di Massima Crescita

La direzione di massima crescita in un punto (x_0, y_0)(x0,y0)(x_0, y_0) è data dalla direzione del gradiente in quel punto. La direzione di massima crescita è quindi:

\text{Direzione di massima crescita} = \nabla f(x_0, y_0) = (2x_0, 2y_0)
Direzione di massima crescita=f(x0,y0)=(2x0,2y0)\text{Direzione di massima crescita} = \nabla f(x_0, y_0) = (2x_0, 2y_0)

4. Verso di Massima Crescita

Il verso di massima crescita è dato dalla direzione del gradiente normalizzata (vettore unitario):

\text{Verso di massima crescita} = \frac{\nabla f}{\|\nabla f\|} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{\sqrt{(2x_0)^2 + (2y_0)^2}} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{2\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} = \left( \frac{x_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}}, \frac{y_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} \right)
Verso di massima crescita=ff=(2x0,2y0)(2x0)2+(2y0)2=(2x0,2y0)2x02+y02=(x0x02+y02,y0x02+y02)\text{Verso di massima crescita} = \frac{\nabla f}{\|\nabla f\|} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{\sqrt{(2x_0)^2 + (2y_0)^2}} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{2\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} = \left( \frac{x_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}}, \frac{y_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} \right)

5. Esempio Pratico

Consideriamo il punto (1, 1)(1,1)(1, 1):

  1. Calcoliamo il gradiente:

    \nabla f(1, 1) = (2 \cdot 1, 2 \cdot 1) = (2, 2)
    f(1,1)=(21,21)=(2,2)\nabla f(1, 1) = (2 \cdot 1, 2 \cdot 1) = (2, 2)
  2. Direzione di massima crescita:

    \text{Direzione di massima crescita} = (2, 2)
    Direzione di massima crescita=(2,2)\text{Direzione di massima crescita} = (2, 2)
  3. Verso di massima crescita:

    \text{Verso di massima crescita} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}}, \frac{1}{\sqrt{2}} \right)
    Verso di massima crescita=(12,12)\text{Verso di massima crescita} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}}, \frac{1}{\sqrt{2}} \right)

English version

Calculating Direction and Direction of Maximum Growth Sets in Functions of Two Variables

Consider a function of two variables f(x, y)f(x,y)f(x, y). To determine the direction and direction of maximum growth, we use the gradient of the function.

1. Definition of the Function

Let f(x, y)f(x,y)f(x, y) be a function of two variables. For example:

f(x, y) = x^2 + y^2
f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 + y^2

2. Calculating the Gradient

The gradient of fff, denoted as \nabla ff\nabla f, is a vector that contains the partial derivatives of the function with respect to each variable:

\nabla f = \left( \frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y} \right)
f=(fx,fy)\nabla f = \left( \frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y} \right)

Example of Calculating the Gradient

Let's calculate the gradient for the function f(x, y) = x^2 + y^2f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 + y^2:

  • Partial derivative with respect to xxx:
f_x = \frac{\partial f}{\partial x} = 2x
fx=fx=2xf_x = \frac{\partial f}{\partial x} = 2x
  • Partial derivative with respect to yyy:
f_y = \frac{\partial f}{\partial y} = 2y
fy=fy=2yf_y = \frac{\partial f}{\partial y} = 2y

So, the gradient is:

\nabla f = (2x, 2y)
f=(2x,2y)\nabla f = (2x, 2y)

3. Direction of Maximum Growth

The direction of maximum growth at a point (x_0, y_0)(x0,y0)(x_0, y_0) is given by the direction of the gradient at that point. The direction of maximum growth is then:

\text{Direction of maximum growth} = \nabla f(x_0, y_0) = (2x_0, 2y_0)
Direction of maximum growth=f(x0,y0)=(2x0,2y0)\text{Direction of maximum growth} = \nabla f(x_0, y_0) = (2x_0, 2y_0)

4. Direction of Maximum Growth

The direction of maximum growth is given by the normalized gradient direction (unit vector):

\text{Direction of maximum growth} = \frac{\nabla f}{\|\nabla f\|} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{\sqrt{(2x_0)^2 + (2y_0)^2}} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{2\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} = \left( \frac{x_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}}, \frac{y_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} \right)
Direction of maximum growth=ff=(2x0,2y0)(2x0)2+(2y0)2=(2x0,2y0)2x02+y02=(x0x02+y02,y0x02+y02)\text{Direction of maximum growth} = \frac{\nabla f}{\|\nabla f\|} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{\sqrt{(2x_0)^2 + (2y_0)^2}} = \frac{(2x_0, 2y_0)}{2\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} = \left( \frac{x_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}}, \frac{y_0}{\sqrt{x_0^2 + y_0^2}} \right)

5. Practical Example

Let's consider the point (1, 1)(1,1)(1, 1):

  1. Let's calculate the gradient:
\nabla f(1, 1) = (2 \cdot 1, 2 \cdot 1) = (2, 2)
f(1,1)=(21,21)=(2,2)\nabla f(1, 1) = (2 \cdot 1, 2 \cdot 1) = (2, 2)
  1. Direction of maximum growth:
\text{Direction of maximum growth} = (2, 2)
Direction of maximum growth=(2,2)\text{Direction of maximum growth} = (2, 2)
  1. Direction of maximum growth:
\text{Direction of maximum growth} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}}, \frac{1}{\sqrt{2}} \right)
Direction of maximum growth=(12,12)\text{Direction of maximum growth} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}}, \frac{1}{\sqrt{2}} \right)

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