Determina la matriu Hessiana en el punt $(2, -1, 1, -1)$ de la següent funció amb 4 variables:
\begin{equation} f(x, y, z, w) = 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2 \end{equation}
Per calcular la matriu Hessiana, seguim aquests passos:
Calcular les derivades parciales de primer ordre.
Calcular les derivades parciales de segon ordre.
Construir la matriu Hessiana amb les derivades de segon ordre.
Avaluar la matriu Hessiana en el punt $(2, -1, 1, -1)$.
La matriu Hessiana d’una funció de 4 variables és una matriu simètrica $4 \times 4$, que conté totes les derivades parciales de segon ordre.
Pas 1: Derivades parciales de primer ordre
La funció és: \begin{equation} f(x, y, z, w) = 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2. \end{equation}
Calculem les derivades parciales respecte a $x$, $y$, $z$ i $w$:
Derivada respecte a $x$: \begin{equation} \frac{\partial f}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} \left( 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2 \right) = 6x^2 y^4 z w^2 + 6x z^2. \end{equation} (El terme $-2y^3 w^4$ no depèn de $x$, per tant, la seva derivada és $0$.)
Derivada respecte a $y$: \begin{equation} \frac{\partial f}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} \left( 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2 \right) = 8x^3 y^3 z w^2 – 6y^2 w^4. \end{equation} (El terme $3x^2 z^2$ no depèn de $y$.)
Derivada respecte a $z$: \begin{equation} \frac{\partial f}{\partial z} = \frac{\partial}{\partial z} \left( 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2 \right) = 2x^3 y^4 w^2 + 6x^2 z. \end{equation} (El terme $-2y^3 w^4$ no depèn de $z$.)
Derivada respecte a $w$: \begin{equation} \frac{\partial f}{\partial w} = \frac{\partial}{\partial w} \left( 2x^3 y^4 z w^2 – 2y^3 w^4 + 3x^2 z^2 \right) = 4x^3 y^4 z w – 8y^3 w^3. \end{equation} (El terme $3x^2 z^2$ no depèn de $w$.)
Pas 2: Derivades parciales de segon ordre
La matriu Hessiana requereix les derivades de segon ordre: $\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial y^2}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial z^2}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial w^2}$, i les derivades mixtes $\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial z}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial w}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial y \partial z}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial y \partial w}$, $\frac{\partial^2 f}{\partial z \partial w}$. Les derivades mixtes són simètriques ($\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = \frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x}$, etc.).
Oscar Alex Fernandez MoraEtern estudiant de la Rússia tsarista. Gran aficionat als destil·lats i als fermentats. Malaltís de llibres de la MIR i entusiasta del #LaTeX. Soci de l’ACBC. Important actiu del projecte Campana de Gauss www.campanadegauss.cat