Enunciado

Se y = f ( u ) e u = g ( x ) , onde f e g são funções duas vezes deriváveis, mostre que

d 2 y d x 2 = d 2 y d u 2   d u d x 2 + d y d u d 2 u d x 2

Passo 1

Fala aí, pessoal! 😊

O exercício pede para demonstramos uma expressão para a segunda derivada de uma função composta y = f g x . Para isso, derivamos duas vezes usando a regra da cadeia.

Tem ideia de como fazemos isso? 🤔

Vamos explicar as regras que será usadas para resolver esse exercicio:

Regra da Cadeia:

A regra da cadeia é uma regra fundamental da diferenciação que permite calcular a derivada de uma função composta. Se temos uma função y que é função de u , e u é uma função de x , então a derivada de y em relação a x é dada pelo produto das derivadas de y em relação a u e de u em relação a x . Matematicamente, isso pode ser expresso como:

d y d x = d y d u ⋅ d u d x

Essa é a regra que usamos para encontrar a primeira derivada de y em relação a x .

Regra do Produto:

A regra do produto é uma regra que nos permite derivar o produto de duas funções. Se temos duas funções u ( x ) e v x , então a derivada do produto u x ⋅ v ( x ) é dada por:

d d x u ⋅ v = u ' v + u v '

Essa regra é aplicada quando derivamos o produto d y / d x na segunda etapa da resolução.

Aplicação da Regra da Cadeia para Derivadas de Segunda Ordem:

Na última etapa, estamos derivando a expressão d y / d x novamente em relação a x para encontrar d 2 y / d x 2 Aqui, aplicamos a regra da cadeia mais uma vez, onde d y / d u é tratado como uma função de u   e d u / d x é tratado como uma função de x .

Passo 2

Para resolver esta questão, usaremos a regra da cadeia e aplicaremos a derivada segunda em relação a x .

Vamos começar:

Dado y = f u e   u = g ( x ) , queremos encontrar d 2 y / d x 2

Pela regra da cadeia, a primeira derivada de y em relação a x é:

d y d x = d y d u ⋅ d u d x

Agora, derivamos essa expressão em relação a x novamente para encontrar d 2 y d x 2

d 2 y d x 2 = d d x d y d x

Usando a regra do produto, derivamos d y d x

d 2 y d x 2 = d d x d y d u ⋅ d u d x

d 2 y d x 2 = d d u d y d u ⋅ d u d x + d y d u ⋅ d d x d u d x

Aqui, aplicamos a regra da cadeia novamente.

A primeira parcela corresponde à derivada segunda de y em relação a u e a segunda parcela corresponde à derivada primeira de u em relação a x .

Isso nos dá:

d 2 y d x 2 = d d u d y d u ⋅ d u d x + d y d u ⋅ d d x d u d x

Bacana, não é? Responde Aí! 👀

Resposta

Demonstração.

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21-Seja varphi a função dada por varphi (x) = x^2 + 1 . Calcule:A)varphi ' ( varphi (x) ) B)(varphi (varphi (x)))^'
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17- Considere as funções dadas por y = a x 2 e y = - x 2 + 1 . Determine a para que os gráficos se interceptem ortogonalmente. (Os gráficos interceptam ortogonalmente em ( x 0 , y 0 ) se as retas tang
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