1. Cambio de dimensiones. Las longitudes a, b y c de las aristas de un una caja rectangular cambian con el tiempo. En un instante en cuestión, a=1 m, b=2 m, c=3 m, da/dt=db/dt = 1 m/s, y dc/dt= -3 m/s
¿Qué valores tienen las tasas de cambio instantáneas del volumen V y del área S en ese instante? ¿La longitud de las diagonales internas de la caja crece o decrece?
1. UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
LICENCIATURA EN ELECTRÓNICA
MATEMÁTICAS IV
DIEGO ARMANDO BOLAÑOS MORENO
1. Cambio de dimensiones de una caja. Las longitudes 𝒂, 𝒃 y 𝒄 de las aristas de una caja rectangular cambian
con el tiempo. En un instante en cuestión
𝑎 = 1 𝑚, 𝑏 = 2 𝑚, 𝑐 = 3 𝑚
𝑑𝑎
𝑑𝑡
=
𝑑𝑏
𝑑𝑡
= 1 𝑚/𝑠
𝑑𝑐
𝑑𝑡
= −3 𝑚/𝑠
a. ¿Qué valores tienen las tasas de cambio instantáneas en ese instante?
i. Volumen 𝑉
ii. Área 𝑆
b. ¿La longitud de las diagonales interiores de la caja crece o decrece?
2. PARA EL VOLUMEN 𝑉
Tenemos que el volumen se define por la siguiente ecuación
𝑉 = 𝑎 ∙ 𝑏 ∙ 𝑐
Ahora, expresamos la ecuación en término de las derivadas parciales
𝑑𝑉
𝑑𝑡
=
𝜕𝑉
𝜕𝑎
∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+
𝜕𝑉
𝜕𝑏
∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+
𝜕𝑉
𝜕𝑐
∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
resolvemos las derivas parciales
𝑑𝑉
𝑑𝑡
= (𝑏𝑐) ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ (𝑎𝑐) ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ (𝑎𝑏) ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
Evaluamos con las siguientes condiciones planteadas en el ejercicio
𝑎 = 1 𝑚, 𝑏 = 2 𝑚, 𝑐 = 3 𝑚
Remplazamos
𝑑𝑉
𝑑𝑡
= (2 𝑚 ∙ 3 𝑚) ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ (1 𝑚 ∙ 3 𝑚) ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ (1 𝑚 ∙ 2 𝑚) ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
Remplazamos las siguientes condiciones que nos fueron dadas en el problema
𝑑𝑎
𝑑𝑡
=
𝑑𝑏
𝑑𝑡
= 1 𝑚/𝑠
𝑑𝑐
𝑑𝑡
= −3 𝑚/𝑠
3. Resolvemos
𝑑𝑉
𝑑𝑡
= (6 𝑚) ∙ (1 𝑚/𝑠) + (3 𝑚) ∙ (1 𝑚/𝑠) + (2 𝑚) ∙ (−3 𝑚/𝑠)
Resolvemos y obtenemos la respuesta
𝒅𝑽
𝒅𝒕
= 𝟑 𝒎𝟑
/𝒔
𝑬𝒍 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒂𝒖𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂 𝒂: 𝟑 𝒎𝟑
/𝒔
PARA EL ÁREA 𝑺
Tenemos que del área se define por la siguiente ecuación
𝑆 = 2𝑎𝑏 + 2𝑎𝑐 + 2𝑏𝑐
Ahora, expresamos la ecuación en término de las derivadas parciales
𝑑𝑆
𝑑𝑡
=
𝜕𝑆
𝜕𝑎
∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+
𝜕𝑆
𝜕𝑏
∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+
𝜕𝑆
𝜕𝑐
∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
resolvemos las derivas parciales
𝑑𝑆
𝑑𝑡
= (2(𝑏 + 𝑐)) ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ (2(𝑎 + 𝑐)) ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ (2(𝑎 + 𝑏)) ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
Evaluamos con las siguientes condiciones planteadas en el ejercicio
𝑎 = 1 𝑚, 𝑏 = 2 𝑚, 𝑐 = 3 𝑚
Remplazamos
𝑑𝑆
𝑑𝑡
= (2(2 𝑚 + 3 𝑚)) ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ (2(1 𝑚 + 3 𝑚)) ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ (2(1 𝑚 + 2 𝑚)) ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
Remplazamos las siguientes condiciones que nos fueron dadas en el problema
𝑑𝑎
𝑑𝑡
=
𝑑𝑏
𝑑𝑡
= 1 𝑚/𝑠
𝑑𝑐
𝑑𝑡
= −3 𝑚/𝑠
4. Resolvemos
𝑑𝑆
𝑑𝑡
= (10 𝑚) ∙ (1 𝑚/𝑠) + (8 𝑚) ∙ (1 𝑚/𝑠) + (6 𝑚) ∙ (−3 𝑚/𝑠)
Resolvemos y obtenemos la respuesta
𝒅𝑺
𝒅𝒕
= 𝟎 𝒎𝟑
/𝒔
𝑬𝒍 á𝒓𝒆𝒂 𝒏𝒐 𝒄𝒂𝒎𝒃𝒊𝒂 𝒅𝒂𝒅𝒂 𝒍𝒂 𝒊𝒏𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆: 𝟎 𝒎𝟑
/𝒔
PARA LAS DIAGONALES 𝑫
Tenemos que del área se define por la siguiente ecuación
𝐷 = √𝑎2 + 𝑏2 + 𝑐2
Ahora, expresamos la ecuación en término de las derivadas parciales
𝑑𝐷
𝑑𝑡
=
𝜕𝐷
𝜕𝑎
∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+
𝜕𝐷
𝜕𝑏
∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+
𝜕𝐷
𝜕𝑐
∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
resolvemos las derivas parciales
𝑑𝐷
𝑑𝑡
= (
𝑎
√𝑎2 + 𝑏2 + 𝑐2
) ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ (
𝑏
√𝑎2 + 𝑏2 + 𝑐2
) ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ (
𝑐
√𝑎2 + 𝑏2 + 𝑐2
) ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
Al simplificar la expresión nos queda
𝑑𝐷
𝑑𝑡
=
1
√𝑎2 + 𝑏2 + 𝑐2
∙ (𝑎 ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ 𝑏 ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ 𝑐 ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
)
Evaluamos con las siguientes condiciones planteadas en el ejercicio
𝑎 = 1 𝑚, 𝑏 = 2 𝑚, 𝑐 = 3 𝑚
Remplazamos
𝑑𝐷
𝑑𝑡
=
1
√12 + 22 + 32
∙ (1 ∙
𝑑𝑎
𝑑𝑡
+ 2 ∙
𝑑𝑏
𝑑𝑡
+ 3 ∙
𝑑𝑐
𝑑𝑡
)
5. Remplazamos las siguientes condiciones que nos fueron dadas en el problema
𝑑𝑎
𝑑𝑡
=
𝑑𝑏
𝑑𝑡
= 1 𝑚/𝑠
𝑑𝑐
𝑑𝑡
= −3 𝑚/𝑠
Resolvemos
𝑑𝐷
𝑑𝑡
=
1
√14 𝑚
∙ (1 𝑚 ∙ (1 𝑚/𝑠) + 2 ∙ (1 𝑚/𝑠) + 3 ∙ (−3 𝑚/𝑠))
Resolvemos y obtenemos la respuesta
𝒅𝑫
𝒅𝒕
= −
𝟑√𝟏𝟒
𝟕
𝒎𝟑
/𝒔
𝒅𝑫
𝒅𝒕
≈ −𝟏. 𝟔𝟎𝟒 𝒎𝟑
/𝒔
𝑳𝒂 𝒅𝒊𝒂𝒈𝒐𝒏𝒂𝒍 𝒆𝒔𝒕á 𝒅𝒆𝒄𝒓𝒆𝒄𝒊𝒆𝒏𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒔𝒖 𝒍𝒐𝒏𝒈𝒖𝒊𝒕𝒖𝒅 𝒂: −
𝟑√𝟏𝟒
𝟕
𝒎𝟑
/𝒔