Как находить производную по направлению 3 способами(1. если дан угол; 2. через градиент; 3. как проекция градиента на

Направление, когда это возможно (а в евклидовом случае это возможно), стараются задавать единичным вектром.
Если функция дифференцируема в точке по совокупности переменных, то эта функция дифференцируема в этой точке по всем направлениям, и, более того, производная по направлению в этой точке равна скалярному произведению градиента на единичный вектор направления.

Это и есть второй и третий способы, а еще, возможно, и первый способ тоже - вам виднее, что у вас там за угол дан.