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 Modos de representar as derivadas de uma função y = f(x). • y’ y linha dy • derivada de y em relação a x dx df • derivada de f em relação a x dx d f (x ) operação de derivada realizada em f(x) • dx dy dx Operação para obter uma derivada em relação a x y f (x) Operação d dx df y´ dx Como ler os símbolos de derivadas: y´ “y linha” y´´ “y duas linhas” d2y dx2 “d dois y d x dois” y´´´ “y três linhas” y (n ) dny dxn “n” ou “a derivada enésima de y” “d n y d x n” Exemplo – Aplicando a Definição Encontre a derivada de y x e x 0 1) e f ( x h) f ( x) x 2) f ( x h) f ( x) h ( x h) x h( x h x ) 1 xh xh xh h x x 3) f ´(x) lim h 0 1 xh 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 – 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, Inteiras Negativas e Racional. Se n for um positivo ou negativo inteiro ou racional, 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 (3x 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 12x dy d d 4 (x ) (12x) 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. Figura 2.7: Derivadas em extremidades são limites laterais. Derivada à esquerda de b Derivada à direita de a + + - - Derivadas à direita e à esquerda Podem ser definidas em qualquer ponto do domínio de uma função. 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 – 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: |0h||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: |0h||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). Regra 5 Regra do Produto Se u e v são deriváveis em x, então o produto uv também é e Usando a Regra 5(do Produto) encontre a derivada de 1 2 1 y (x ) x x 1 1 2 Aplicando a Regra do Produto u e vx : x x d 1 2 1 1 1 1 1 2 ( x ) (2 x 2 ) ( x )( 2 ) dx x x x x x x 1 1 2 2 3 1 3 1 3 x x x Regra 6 - Regra da Derivada do Quociente Se u e v são deriváveis em v(x) 0, então o quociente u/v é derivável em x e Exemplo: Usando a Regra 6 (do quociente) encontre a derivada de t 2 1 y 2 t 1 Aplicando a Regra 6 com u t 2 1 e u t 2 1 dy (t 2 1).2t (t 2 1).2t dt (t 2 1) 2 2t 3 2t 2t 3 2t 4t 2 2 2 2 (t 1) (t 1) : 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(cosx) cos2 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 2 (1 sen x) (1 sen x)( sen x) cos x(0 cos x) 1 1 sen x 2 2 (1 sen x) 1 sen x (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 cos2 x sen 2 x cos2 x 1 2 sec x 2 cos x cos x d d (sen x) sen x (cos x) dx dx cos 2 x