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Gradiente de una función con integrales

Planteamiento del problema

Dejemos que $F(x,y)=\iint_{R_{xy}} e^{(u-1)}e^{(v^2-v)}dudv$ donde $R_{xy}$ es la región $[0,x]\times[0,y]$ . Calcular $\nabla F(1,1)$

El intento de solución

Sé que $\nabla F(1,1)=(\dfrac{\partial F(1,1)}{\partial x},\dfrac{\partial F(1,1)}{\partial y})$ .

Voy a calcular la primera derivada parcial ya que la otra se puede calcular de forma similar.

$\dfrac{\partial F (x,y)}{\partial x}=\dfrac{\partial}{\partial x} \int_0^y\int_0^x e^{(u-1)}e^{(v^2-v)}dudv$ . Ahora, no sé si el siguiente paso es legítimo:

$\dfrac{\partial}{\partial x} \int_0^y\int_0^x e^{(u-1)}e^{(v^2-v)}dudv=\int_0^y [\dfrac{\partial}{\partial x} \int_0^x e^{(u-1)}e^{(v^2-v)}du]dv$

Si este último paso fuera correcto, me gustaría saber cómo justificarlo.

Ahora, por el teorema fundamental del cálculo sé que

$\dfrac{\partial}{\partial x} \int_0^x e^{(u-1)}e^{(v^2-v)}du=e^{(x-1)}e^{(v^2-v)}$

Usando esto obtengo

$\dfrac{\partial F (x,y)}{\partial x}=\int_0^y e^{(x-1)}e^{(v^2-v)}dv=e^{(x-1)}\int_0^y e^{(v^2-v)}dv$

Aquí me he atascado, he intentado calcular esta integral pero no he podido.

¿He hecho algo mal hasta ahora y quizás por eso estoy teniendo problemas con esta integral? Agradecería alguna ayuda.

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dc.sashwat Puntos 41

El paso que se quiere justificar es en realidad algo bastante sutil, conocido como diferenciación bajo el signo integral . Si eres nuevo en este tipo de cálculos, probablemente no se espera que lo justifiques, pero esta respuesta de Qiaochu Yuan le indica algunas condiciones en las que es válido.

Has aplicado correctamente el Teorema Fundamental del Cálculo. La integral en la que te has atascado no tiene antiderivada elemental y no se simplifica realmente a algo en términos de constantes simples cuando se conecta $(1,1)$ como tienes que hacer para conseguir $\frac{\partial F(1,1)}{\partial x}$ . Así que después de conectar $(1,1)$ y simplificar la $e^{x-1}$ parte, no hay nada más que puedas hacer con esa pieza simbólicamente.

El $y$ parcial debería funcionar un poco mejor.

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