| Cálculo |
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A matriz jacobiana (denominado do matemático alemão Carl Gustav Jakob Jacobi) é a matriz formada pelas derivadas parciais de primeira ordem de uma função vetorial. Se uma função é diferenciável num ponto, a sua derivada é dada em coordenadas pela jacobiana, mas uma função não precisa ser diferenciável para a existência da jacobiana; basta que as derivadas parciais existam.
Seja , ou seja, uma função que denominaremos "F", com domínio e imagem no espaço euclidiano n e m dimensional, respectivamente. Tal função é definida por um vetor de m componentes, sendo cada componente uma função . As derivadas parciais dessas funções podem ser organizadas numa matriz m x n, que é denominada matriz jacobiana. Assim, a jacobiana é definida como:
| Em linguagem matemática | Em Português |
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| Matriz de m linhas e n colunas. A primeira linha representa as derivadas parciais da função em relação a todos os x (de x1 a xn). A segunda linha representa as derivadas parciais de (também em relação a todos os x), e assim por diante, até a linha de número m, que representa as derivadas parciais de em relação a todos os xs. |
A jacobiana é representada por ou .
A k-ésima linha da matriz é dada pela transposta do gradiente de .
O jacobiano é definido como sendo o determinante da jacobiana. Ele é de grande importância na mudança de variáveis em integrais múltiplas e no teorema da função inversa.
Seja . Aqui, e . A matriz jacobiana de F é:
O determinante jacobiano é .
Vamos montar a matriz jacobiana da mudança de variáveis cartesianas para polares. A função que faz a transformação é:
A jacobiana é dada então por:
Seja (X,Y) um par aleatório absolutamente contínuo com densidade de probabilidade conjunta . Seja também G uma função injectiva (portanto com inversa) com dois componentes G(x,y) = (u,v). Cada um destes componentes é função de duas variáveis reais, tal que
Portanto, podemos definir o par aleatório (U,V) = G(X,Y). Como determinar a densidade de probabilidade conjunta do par (U,V) a partir da densidade conjunta de (X,Y)?
Como G tem inversa, podemos escrever:
A densidade conjunta de (U,V) será: , em que representa o módulo do determinante jacobiano, isto é, o módulo de .
Assim, digamos que (U,V) = (X+Y, X-Y). Teremos então
O determinante jacobiano neste caso (chamado de jacobiano da transformação) será
O módulo deste determinante é . A função densidade de probabilidade conjunta é, portanto:
A Jacobiana representa a melhor aproximação linear de uma função diferenciável nas vizinhanças de um ponto. Semelhante à aproximação de funções de uma variável pela derivada, uma função vetorial F diferenciável num ponto pode ser aproximada por:
sendo um ponto próximo de . Essa aproximação é de grande importância no cálculo numérico, onde a Jacobiana e o seu determinante são utilizados para resolver sistemas não-lineares pelo método de Newton (ou método do Gradiente Iterativo).