Lompat ke konten

C.2 · Kalkulus multivariabel dan analisis vektor

GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics · Topik 2

2

Cakupan dan prasyarat

Persiapan GRE tingkat sarjana. Tujuan lokal dalam cakupan ETS yang ditinjau; ini adalah pengajaran orisinal, bukan uji coba resmi atau prediktor skor.

Prasyarat: Turunan satu variabel, perkalian titik (dot products), dan integral iterasi.

  • Menghitung turunan parsial, gradien, dan turunan arah
  • Menggunakan integral ganda dan perubahan koordinat
  • Menggunakan kondisi turunan untuk membedakan bidang dari permukaan melengkung

gradien: Vektor turunan parsial.

Jacobian: Skala luas atau volume lokal dalam perubahan koordinat.

Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
gradient/ˈɡreɪdɪənt/ gradien
Jacobian/dʒæˈkəʊbɪən/ Jacobian
2

Pilih dan justifikasikan metode

Turunan parsial mengubah satu koordinat sementara menyisakan yang lain tetap. Untuk f=x²+3xy, f_x=2x+3y dan f_y=3x. Gradien mengumpulkan turunan-turunan ini; jika f diferensiabel, turunan arah sepanjang vektor satuan v adalah grad f·v. Normalisasikan arah sebelum mengambil perkalian titik ini. Vektor arah dengan panjang dua akan menggandakan jawaban jika digunakan tanpa normalisasi.

Diferensiabilitas berarti pendekatan linear yang valid, bukan sekadar keberadaan beberapa turunan parsial di satu titik. Turunan parsial pertama yang kontinu di sekitar titik tersebut adalah kondisi yang cukup. Untuk komposisi f(x(t),y(t)), aturan rantai memberikan f_x x′+f_y y′. Turunan kedua dapat memperkenalkan istilah langsung dan campuran; turunan campuran nol saja tidak membatasi turunan murni kedua.

Integral ganda menjumlahkan kontribusi atas daerah tertentu. Deskripsikan daerahnya sebelum memilih batas iterasi; batas nonpersegi panjang mungkin berubah ketika urutan berubah. Dalam koordinat polar, luasnya adalah r dr dtheta, bukan hanya dr dtheta. Perubahan koordinat umum menggunakan determinan Jacobian mutlak. Tanda milik besaran vektor berorientasi, sedangkan skala luas dan volume menggunakan faktor nonnegatif.

Jika kedua turunan parsial pertama dari fungsi yang terdefinisi global pada R² konstan, f_x=a dan f_y=b, mengintegralkan secara berurutan menghasilkan f=ax+by+c, sebuah bidang. Hal ini tidak dapat disimpulkan hanya dari himpunan tingkat garis sejajar: e^x memiliki garis tingkat vertikal sejajar tetapi grafik melengkung. f_xy=f_yx=0 juga tidak memaksa menjadi bidang: x²+y² adalah contoh penyangkal. Bedakan kekonstanan turunan pertama dari ketiadaan ketergantungan campuran dan dari bentuk himpunan tingkat yang dipilih.

2

Penalaran Bekerja

Untuk f(x,y)=x²+3y², gradien f=(2x,6y). Pada titik (1,1) nilainya adalah (2,6). Dalam arah (3,4), vektor satuannya adalah (3/5,4/5), sehingga turunan arah sama dengan 2·3/5+6·4/5=6.

Kalkulus multivariabel dan analisis vektor: contoh kursus
Ilustrasi kursus orisinal; nilainya milik contoh dikerjakan, bukan latihan selanjutnya.
2

Kondisi dan kontracontoh

Vektor arah non-satuan memberikan laju terkalibrasi, bukan turunan per satuan jarak.

2

Aplikasi terbimbing

Untuk $f(x,y)=x^2+xy+2y^2$, temukan turunan arah di $(1,-1)$ menuju $(3,4)$. Hitung $\iint_D(x^2+y^2)\,dA$ untuk cakram satuan $D$.

Penyelesaian terarah

Polinomial ini diferensiabel. Normalisasikan arah: $u=(3/5,4/5)$. Gradiennya adalah $(2x+y,x+4y)$, oleh karena itu $(1,-3)$ di titik tersebut.

$$D_uf(1,-1)=\nabla f(1,-1)\cdot u=1\cdot3/5-3\cdot4/5=-9/5.$$
Koordinat polar menghasilkan $x^2+y^2=r^2$ dan $dA=r\,dr\,d\theta$:
$$I=\int_0^{2\pi}\int_0^1r^3\,dr\,d\theta=\pi/2.$$

2

Transfer mandiri

Tentukan $g(x,y)=xy/\sqrt{x^2+y^2}$ di luar titik asal dan $g(0,0)=0$. Kedua turunan parsial di titik asal bernilai nol. Apakah $g$ terdiferensialkan di sana? Apakah itu kontinu?

Periksa setelah mencoba

Sepanjang setiap sumbu $g=0$, sehingga kedua turunan parsialnya nol. Kekontinuan mengikuti dari $|xy|\le(x^2+y^2)/2$, yang memberikan $|g(x,y)|\le\sqrt{x^2+y^2}/2\to0$. Jika terdiferensialkan, turunan linearnya akan menjadi nol. Sepanjang $x=y=t\ne0$,

$$\frac{|g(t,t)|}{\sqrt{t^2+t^2}}=\frac12.$$
Rasio sisa yang diperlukan tidak menuju nol. Dengan demikian, kontinuitas dan keberadaan turunan parsial tidak menjamin keterdiferensialan.

Pelajaran interaktif untuk topik ini

Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.

Topik lain dalam GRE · GRE Subject Test · GRE Mathematics

Masuk atau buat akun

IGCSE, A-Level & AP