Derive:

g) y = cos ⁡ e x

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba?? Mogli na área 😊. Bora responder Aí essa questão?

A questão nos pede para calcularmos a derivada de uma tal função. Como fazer isso? Bom, que tal vermos a definição. Mas antes, o que é a derivada?

Imagine que temos:

Imagine que temos uma função qualquer f ( x ) e temos então sua reta tangente num ponto qualquer. Mas essa reta tangente realmente toca num só ponto? Podemos provar isso? Por exemplo ela toca em 5,0 mas não em 5,00000000001 ? Podemos dizer que não, certo? Então uma visão de perto da reta no ponto:

Onde h é um passo instantemente depois.

Da reta tangente, sabemos que:

m = Δ y Δ x

Ou o famoso “ioiô-m-xoxo” que tanto aprendemos. Assim:

Δ y Δ x = f x + h - f x x + h - x

Que é:

f x + h - f x h

Mas como garantiremos que qualquer derivada seja exatamente num ponto? Teremos que fazer que o passo h seja muito pequeno. Logo vamos tomá-lo indo para 0 , ou seja, tendendo a 0 . Assim:

f ' x = lim h → 0 ⁡   f x + h - f x h

E este é, portanto, a definição de derivada!! Portanto se queremos saber a derivada da função num ponto, basta aplicarmos essa definição de derivada da função no ponto e analisarmos seus limites.

Então vamos lá?!

Bora pro próximo passo?!

Passo 2

Obrigado por vir.

Temos então:

f ' x = lim h → 0 ⁡   f x + h - f x h

Temos dado que f x = cos ⁡ e x , logo f x + h = cos ⁡ e x + h . Assim:

f ' x = lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x + h - cos ⁡ e x h

Sabemos que e x + h = e x * e h . De forma que:

f ' x = lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h - cos ⁡ e x h

Sabendo que a soma dos limites é o limite da soma, podemos fazer:

f ' ( x ) = lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h - cos ⁡ e x h = lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h - lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h

E agora sim podemos fazer ambos os limites separadamente e finalmente acharmos a nossa derivada. Vamos lá?!

Passo 3

Para o primeiro:

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h

Veja que se fizermos h = 0 , ou seja no ponto, teremos uma indeterminação:

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h = cos ⁡ e x * 1 0

Então podemos aplicar uma sacada genial dos limites: A regra de l’hospital!! Ele é usado quando termos indeterminações num limite. Então derivando em cima e embaixo:

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h = lim h → 0 ⁡   d d h cos ⁡ e x * e h d d h h

E sobre a derivada do cosseno nós já estamos craques, sabemos que a derivada do cosseno em relação ao x é d d x cos ⁡ x = x ' - sin ⁡ x . Assim:

d d h cos ⁡ e x * e h = e x e h - sin ⁡ e x e h

Assim temos que

lim h → 0 ⁡   d d h cos ⁡ e x * e h d d h h = lim h → 0 ⁡   e x e h - sin ⁡ e x e h 1

Agora sim se temos h = 0

lim h → 0 ⁡   e x e h - sin ⁡ e x e h 1 = e x - sin ⁡ e x

E achamos o resultado do nosso primeiro limite. Vamos para o segundo?

Para o segundo:

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h

Novamente, veja que se fizermos h = 0 dará uma indeterminação

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h = 1 0

E quando temos uma indeterminação significa que novamente podemos usar a regra de l’hospital

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h = lim h → 0 ⁡   d dh ( cos ⁡ e x )   d d h h

mas calma, calma... Veja que e t g x é constante para h , ou seja, não depende de h . E sabemos que a derivada é variação, e se não varia, significa que a derivada é nula. Concluindo:

lim h → 0 ⁡   d dh ( cos ⁡ e x )   d d h h = 0 1

E, portanto:

lim h → 0 ⁡ 0 1 = 0

E achamos o valor do nosso segundo limite.

Agora vamos descobrir como é a nossa derivada?

MAS ANTES... Você pode estar se perguntando: “Por que essa regra de l’hospital é verdade?” A Regra de L’hopital simplesmente nos diz que o limite de um quociente é igual ao limite do quociente de suas derivadas, desde que as hipóteses do teorema sejam satisfeitas, que é a indeterminação. Aliás, isso que fizemos na demonstração do passo 1 quando falamos da definição de limite. Nós não sabemos o valor de uma função no ponto, mas que sua derivada está lá. E se no ponto é indeterminado, se a derivada no ponto existir então a função existe no ponto. Sacou?

Passo 4

Então tínhamos:

f ' x =   lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h - lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h

Descobrimos que:

lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x * e h h - lim h → 0 ⁡   cos ⁡ e x h = - e x sin ⁡ e x - 0

Logo concluímos que:

f ' x = - e x sin ⁡ e x

E achamos, portanto, a derivada de f x = cos ⁡ e x

E terminamos por aqui. Camarada. Obrigado por ter vindo até aqui comigo. Até a próxima!

Resposta

y ' = - e x sin ⁡ e x

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Em cada item, determine onde f é diferenciável.f (x) = cos sec x
(d) Use a Fórmula (3) para obter (8).
Deduza a Fórmula (4) usando a definição de uma derivada.
Em cada item, determine onde f é diferenciável.f (x) = c o t g x