Derivadas 2016

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Derivadas Já definimos o coeficiente angular de uma curva y = f(x) no ponto onde x = x0.

f ( x0  h)  f ( x0 ) lim h 0 h Chamamos esse limite, quando ele existia, de derivada de f em x0. Definição de Derivada – Função Derivada A derivada de uma função f(x) em relação à variável x é a função f´ cujo valor em x é:

f ( x  h)  f ( x ) f ´( x )  lim h 0 h

desde que o limite exista.


Calculando f´(x) a partir da Definição de Derivada 1) Escreva expressões para f(x) e f(x + h). 2) Desenvolva e simplifique o quociente de diferença

f ( x  h)  f ( x ) h 3) Usando o quociente simplificado, encontre f´(x) calculando o Limite:

f ( x  h)  f ( x ) f ´(x)  lim h 0 h


Notação

• Há vários modos de representar a


Figura 2.7: Derivadas em extremidades são limites laterais. Derivada à esquerda de b Derivada à direita de a +

+

-

-


Exemplo 1 – Aplicando a Definição Encontre a derivada de y  x e x  0 1) f ( x) 

e f ( x  h) 

x

2) f ( x  h)  f ( x )  h ( x  h)  x  h( x  h  x )

1 xh 

xh

xh  h

x

x

3) f ´( x )  lim h 0

1 xh 

x

1 2

x


m  y ' (2) 

1

Reta tangente que passa por (2, 2 )

2 2

y  2  m( x  2)

y  x, x  0

y' 

1 2 x

,x 0


Regra 1 – Derivada de uma Função Constante Se f tem o valor constante f(x) = c, então

df d  (c )  0. dx dx Exemplo 2 – Usando a Regra 1 Se f tem o valor constante f(x) = 8, então

df d  (8)  0. dx dx De maneira similar,

d      0 dx  2 

e

d dx

 3   0.


Regra 2 – Regra de Derivação para Potências Inteiras Positivas Se n for um positivo inteiro, então

d n n 1 x  nx dx Regra 3 – Regra da Multiplicação por Constante Se u é uma função derivável de x e c é uma constante, então

d du (cu )  c dx dx


Exemplo 4 – Usando a Regra 3 (a)

d (3 x 2 )  3.2 x  6 x dx

Interpretação: Multiplicando-se cada ordenada por 3 para obter outra escala no gráfico y = x2, multiplica-se o coeficiente angular em cada ponto por 3. (b) Um caso especial útil: a derivada da oposta de uma função derivável é a oposta da derivada da função. A Regra 3 com c = - 1 fornece

d d d du (u )  (1.u )  1. (u )   dx dx dx dx


Regra 4 – Regra da Derivada da Soma Se u e v são funções deriváveis de x, então a soma das duas u + v é derivável em qualquer ponto onde ambas são deriváveis. Nesses pontos,

d du dv (u  v)   . dx dx dx Exemplo 5 – Derivada de uma Soma

y  x  12 x dy d d 4  (x )  (12 x ) dx dx dx 3  4 x  12 4


Derivável em um Intervalo; Derivadas Laterais Uma função y = f(x) será derivável em um intervalo aberto (finito ou infinito) se tiver uma derivada em cada ponto do intervalo. Será derivável em um intervalo fechado [a, b] se for derivável no interior (a, b) e se os limites

f ( a  h)  f ( a ) lim h 0 h

Derivada à direita em a

f (b  h)  f (b) lim h 0 h

Derivada à esquerda em b

existirem nas extremidades.


Derivadas à direita e à esquerda podem ser definidas em qualquer ponto do domínio de uma função. A relação usual entre limites laterais e bilaterais vale para essas derivadas. Uma função terá uma derivada em um ponto se e somente se tiver derivadas à direita e à esquerda nesse ponto e se essas derivadas laterais forem iguais. Exemplo 8 –

y = | x | Não é Derivável na Origem

Mostre que a função y = | x | é derivável em (,0) e (0, ) , mas não tem derivada em x = 0. Solução

À direita da origem,

d d d (| x |)  ( x)  (1.x)  1. dx dx dx

À esquerda

d d d (| x |)  ( x)  (1.x)  1. dx dx dx


É possível que não haja derivada na origem porque lá as derivadas Laterais são diferentes: Derivada de | x | à direita em zero:

|0h||0| |h|  lim  lim h 0 h 0 h h h  lim  lim 1  1. h 0 h h 0 Derivada de | x | à esquerda em zero:

|0h||0| |h|  lim  lim h 0 h 0 h h h  lim  lim  1  1. h 0 h 0 h


Teorema 1 – Diferenciabilidade (Derivabilidade) Implica Continuidade Se f tem uma derivada em x = c, então f é contínua em x = c. Teorema 2 – Propriedade do Valor Intermediário para Derivadas Se a e b são dois pontos quaisquer de um intervalo em que f é derivável, então f´ assume qualquer valor entre f´(a) e f´(b).


Como ler os símbolos de derivadas:

“y linha”

y´´

“y duas linhas”

d2y dx 2

“d dois y d x dois”

y´´´

“y três linhas”

y

(n )

dny dx n

“n” ou “a derivada enésima de y” “d n y d x n”


A derivada da função seno é a função cosseno d (sen x)  cos x dx

Exemplo 1 – Derivadas Envolvendo Seno (a) y  x 2  sen x dy d  2 x  (sen x) dx dx

 2 x  cos x

(b) y  sen x x

d x  (sen x)  sen x 1 dy  dx dx x2

x cos x  sen x  x2


A derivada da função cosseno é a oposta da função seno d (cos x)   sen x dx Exemplo 2 – Revendo as Regras da Derivada (a) y  sen x cos x dy d d  sen x (cos x)  cos x (sen x) dx dx dx

 sen x( sen x)  cos x(cos x)

 cos 2 x  sen 2 x (b) y  cos x

1  sen x

dy  dx

(1  sen x)

d d (cos x)  cos x (1  sen x) dx dx (1  sen x) 2

(1  sen x)( sen x)  cos x(0  cos x) 1 1  sen x    (1  sen x) 2 (1  sen x) 2 1  sen x


Derivadas de Outras Funções Trigonométricas Básicas

d (tg x)  sec 2 x dx d (sec x)  sec x tg x dx

d (cotg x)  cosec 2 x dx

d (cosec x)  cosec x cotg x dx


Exemplo 5 – Derivadas da Função Tangente Encontre d(tg x)/d x Solução d d  sen x  (tg x)    dx dx  cos x  cos x cos x  sen x( sen x)  cos 2 x

cos 2 x  sen 2 x  cos 2 x 

1 2  sec x 2 cos x

cos x

d d (sen x)  sen x (cos x ) dx dx cos 2 x


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