Enunciado

30-47 Encontre a derivada.

44. y = x tgh - 1 ⁡ x + ln ⁡ 1 - x 2

Passo 1

Fala meu linduxo,

Queremos nessa questão encontrar a derivada da seguinte expressão:

y = x tgh - 1 ⁡ x + ln ⁡ 1 - x 2

Para encontrar essa derivada vamos precisar usar a regra do produto, pois temos o produto de duas funções, ali no primeiro fator.

d d x   f g = d f d x ⋅ g + f d g d x

Além dela, vamos precisar da regra da cadeia,pois temos a composição de duas funções, isso é, uma função dentro de outra, isso ocorre ali no l n .

Para deriva-la, a gente faz a derivada da função de fora e multiplica pela função de dentro:

d d x   f g x = d f g x d g x ⋅ d g x d x

E por fim, vamos lembrar que a derivada da função Arco Tangente Hiperbólico ( t g h - 1 ) é a seguinte:

d d x t g h - 1 x = 1 1 - x 2

Passo 2

Aplicando a derivada a esse equação:

y ' = d d x x tgh - 1 ⁡ x + ln ⁡ 1 - x 2

A derivada da soma é a soma das derivadas:

y ' = d d x x tgh - 1 ⁡ x + d d x ln ⁡ 1 - x 2

Para resolver a primeira derivada devemos usar a regra do produto:

d d x x tgh - 1 ⁡ x = d d x x ⋅ tgh - 1 ⁡ x + d d x tgh - 1 ⁡ x ⋅ x

A derivada da função inversa da tangente hiperbólica é 1 /   ( 1 - x 2 ) , então:

d d x x tgh - 1 ⁡ x = 1 ⋅ tgh - 1 ⁡ x + 1 1 - x 2 ⋅ x

E substituindo na expressão original, temos:

y ' = tgh - 1 ⁡ x + x 1 - x 2 + d d x ln ⁡ 1 - x 2

Passo 3

Já para derivar esse outro termo que sobrou devemos aplicar a regra da cadeia, ela diz que quando temos uma “função dentro da outra”:

F x = f g x

e queremos derivá-la, a gente faz a derivada da função de fora e multiplica pela derivada da função de dentro:

d d x   f g x = d f g x d g x ⋅ d g x d x

Usando os termos da nossa função, podemos escrever:

d d x ln ⁡ 1 - x 2 = d l n   1 - x 2 d 1 - x 2 ⋅ d 1 - x 2 d x

d d x ln ⁡ 1 - x 2 = 1 1 - x 2 ⋅ d 1 - x 2 d x

Só que repara, para resolver a derivada que ficou sobrando, temos novamente uma composição de funções, por que ali eu tenho uma raíz e dentro dela eu tenho outra função. Sabemos que a derivada da raíz é:

d d x x = 1 2 x

Dessa forma, vamos resolver usando a regra da cadeia de novo:

d 1 - x 2 d x = d 1 - x 2 d 1 - x 2 ⋅ d 1 - x 2 d x

d 1 - x 2 d x = 1 2 1 - x 2 ⋅ - 2 x

d 1 - x 2 d x = - x 1 - x 2

Voltando agora para a derivada do ln, teremos:

d d x ln ⁡ 1 - x 2 = 1 1 - x 2 ⋅ d 1 - x 2 d x

d d x ln ⁡ 1 - x 2 = 1 1 - x 2 ⋅ - x 1 - x 2

d d x ln ⁡ 1 - x 2 = - x 1 - x 2

E agora, posso retornar para a expressão original que era:

y ' = tgh - 1 ⁡ x + x 1 - x 2 + d d x ln ⁡ 1 - x 2

y ' = tgh - 1 ⁡ x + x 1 - x 2 + - x 1 - x 2

y ' = tgh - 1 ⁡ x + x 1 - x 2 - x 1 - x 2

y ' = tgh - 1 ⁡ x

Resposta

y ' = tgh - 1 ⁡ x

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