Sejam $f,g : D \subset \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}$ diferenciáveis em $a \in {\rm int}\, D$. Mostre que então $fg$ também é diferenciável em $a$ e que
(1)quais são as justificações que temos de apresentar nesta demonstração para ter tudo bem?
A pergunta é muito vaga, por isso a resposta só poderá ser de carácter geral:
Qualquer afirmação que se faça numa demonstração tem que ter alguma origem: ou é devida à matemática que aprenderam anteriormente noutras disciplinas de matemática (e nesse caso não se exigem grandes justificações) ou usa a matemática que já aprenderam na presente disciplina ou usa uma ou mais hipóteses que estejam a ser assumidas ou usa alguma conclusão anterior que já tenha sido obtida no decorrer da prova. Qualquer ocorrência das três últimas possibilidades acabadas de mencionar deverá ser claramente identificada e justificada pelo aluno.
Um bom método para que nada fique por justificar é, a seguir a cada afirmação que faça, o aluno perguntar-se a si próprio a razão pela qual essa afirmação é verdadeira. Só quando conseguir responder é que realmente percebeu aquilo que está a fazer (no caso de a resposta ser a correcta, claro).
Por outro lado, a demonstração só termina quando tiverem sido obtidas todas as conclusões escritas no enunciado do problema.
Estas recomendações não são específicas deste problema: são aplicáveis a qualquer um dos problemas que têm vindo a ser propostos.
Além disso, não me interpretem mal: com o que acabei de explicar, não estou a dizer que é com este processo metódico que dão os primeiros passos na resolução de um problema. Embora haja algumas coisas sem as quais é impossível começar, como o conhecimento das definições envolvidas ou de resultados que as envolvam1, a maneira como inicialmente se ataca um problema pode ser um bocado caótica e não tenho receita para isso, mas com certeza que ajuda conhecer a matéria que possa ter a ver com o assunto.
Algumas dúvidas:
No capítulo 3.1 parte 2, está a definição de função real diferenciável. No limite da definição não aparece o módulo no numerador e, nas aulas, a definição dada foi com módulo… É um erro?
Utilizando o limite com módulo e após algumas manipulações, o limite anterior é menor ou igual do que:
lim x->a [ |f(x) - f(a)| ] * lim x->a [ |g(x) - g(a)| / ||x - a|| ]
Como f é diferenciável, é também contínua em [a] pertencente a int(D) por isso o primeiro limite existe e é nulo.
A minha dificuldade está no segundo limite devido ao módulo… caso contrário seria a derivada de g em [a] que existe porque g é diferenciável em [a] e o resultado da multiplicação seria zero…
Também não posso passar o módulo para fora do limite porque me estou a lembrar de casos de funções reais de variável real em que, por exemplo |x - a|, ao decompor o limite em limites laterais não são iguais e portanto não é diferenciável em x = a…
No capítulo 3.1 parte 2, está a definição de função real diferenciável. No limite da definição não aparece o módulo no numerador e, nas aulas, a definição dada foi com módulo… É um erro?
É indiferente colocar-se aí o módulo ou não, pois o limite em causa deverá ser zero, e será zero sem módulo se e só se for zero com módulo.
Utilizando o limite com módulo e após algumas manipulações, o limite anterior é menor ou igual do que:
lim x->a [ |f(x) - f(a)| ] * lim x->a [ |g(x) - g(a)| / ||x - a|| ]
Revê os cálculos, pois parece-me que terás deitado fora coisas demais, à custa de aparecimento de certas constantes a multiplicar pela expressão que apresentas como majorante. E isso está a causar-te dificuldade em concluir. Mesmo quando dizes que
A minha dificuldade está no segundo limite devido ao módulo… caso contrário seria a derivada de g em [a]
repara que tal não é verdade: se pudesses retirar o módulo, não ficavas com a derivada de g em [a], pois em denominador continuarias a ter uma norma, e a norma não a podes tirar porque não podes dividir por vectores. Na verdade, estás a esquecer-te que a definição de derivada/diferenciável neste contexto (cf. a parte 2 da secção 3.1, como referes) não é como em AMI.
temos de provar que fg é diferenciável e só depois verificar a igualdade pretendida, ou podemos usar esse facto como uma hipotese e depois usando isso chegar a igualdade pretendida?
A ordem não tem que ser a do enunciado, mas as duas coisas têm que ser provadas.
Se conseguires fazer (correctamente) dessa maneira, nada tenho a opor. Mas, para que fique claro, a validade da expressão não garante, só por si, a diferenciabilidade.
Neste caso será mais correcto provar a diferenciabilidade de fg através de vizinhanças ou através da algebra de limites?
Desde que se prove correctamente (passe o pleonasmo), será correcto de ambas as maneiras.
No caso presente, e dado que a definição de diferenciabilidade foi dada em termos de limites, eu diria que seria de tentar usar a álgebra de limites. O que não quer dizer que seja uma aplicação imediata da álgebra de limites. Na verdade, para as manipulações intermédias poderá ajudar olhar para a prova da diferenciabilidade do produto no caso de as funções serem reais de uma variável real.
Se seguirmos a proposição da condição suficiente de diferenciabilidade acerca das derivadas parciais vamos de encontro ao segundo ponto que temos de provar…
Será esse o caminho mais indicado?
A proposição da condição suficiente de diferenciabilidade que envolve as derivadas parciais assume a continuidade destas no ponto em causa. Como o enunciado do problema não refere nenhuma hipótese de continuidade para as derivadas parciais, não estou a ver como é que essa proposição poderia ser usada.
Juntamente com o que referi na mensagem anterior, penso que será útil olhar também para a estrutura do início prova da regra da cadeia feita no livro.
Na demonstração podemos partir do princípio que
(1)é válido ou também tem que se provar?
Depende da via seguida na demonstração.
Se precisas de invocar essa igualdade (1) na tua prova, deverás justificá-la, pois não é uma regra que tenha sido dada em AMIII. E a justificação não é difícil, com base no que sabes de AMI e do que significa uma derivada parcial…
Aparte: 2º aluno a usar LaTeX na escrita matemática das mensagens. Assim é outra coisa! :-)