Enunciado

29-32 Encontre y’’ derivando implicitamente.

32. x 4 + y 4 = a 4

Passo 1

Oiee galerinha, bora resolver mais uma comigo??

Nossa tarefa é encontrar a segunda derivada y ' ' da função implícita x 4 + y 4 = a 4 usando o método de diferenciação implícita, ou seja, derivando a equação em relação a x e tratando y como uma função de x .

Isso nos permite expressar y ' ' em termos de (   x   ) ,   (   y   ) ,   (   y ' ) (primeira derivada de y em relação a x ) e (   y ' ' ) (segunda derivada de y em relação a x ).

Ao lidar com uma equação implícita como x 4 + y 4 = a 4 ,não temos y isolado em termos de x , ou seja, não temos y escrito explicitamente como (   y   =   f x ) . Em vez disso, y é uma função implícita de x nesta equação.

Para lidar com isso, usamos o conceito de diferenciação implícita. Isso envolve diferenciar ambos os lados da equação em relação a x , tratando y como uma função de x . A regra da cadeia é frequentemente aplicada para encontrar derivadas de funções implícitas.

Ao diferenciar implicitamente, consideramos y como uma função de x e aplicamos a regra da cadeia para derivar y em relação a x . Isso nos permite encontrar d y d x , a primeira derivada de y em relação a x .

Em seguida, ao diferenciar novamente, obtemos d 2 y d x 2   , a segunda derivada de y em relação a x .

Esse processo nos permite expressar d 2 y d x 2 em termos de (   x   ) ,   (   y   ) ,   ( d y d x )   e possivelmente d 2 y d x 2 .

Passo 2

Quando derivamos implicitamente a gente diz que y é uma função de x , então ele não pode ser considerado como uma constante, quando derivamos y escrevemos ele como: y '

Aplicando a derivada dos dois lados da equação:

d d x x 4 + y 4 = d d x a 4

Derivada da soma é a soma das derivadas:

d d x x 4 + d d x y 4 = 0

4 x 3 + d d x y 4 = 0

Como y é função de x precisamos utilizar a regra da cadeia para derivar y 3 , 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:

F ' x = f ' g x ⋅ g ' x

Passo 3

Nesse caso a função de fora é o expoente na 4 e a função de dentro é y , então podemos escrever a equação como sendo:

4 x 3 + 4 y 3 ⋅ d d x y = 0

4 x 3 + 4 y 3 ⋅ y ' = 0

Conseguimos encontrar y ' , como queremos y ' ' vamos precisar derivar mais uma vez

Vamos isolar y ' antes de aplicar a derivada pela segunda vez:

4 y 3 ⋅ y ' = - 4 x 3

y ' = - 4 x 3 4 y 3

y ' = - x 3 y 3

Passo 4

Aplicando a derivada mais uma vez:

d d x y ' = d d x - x 3 y 3

Podemos reescrever a expressão dessa forma:

y ' ' = - d d x x 3 ⋅ y - 3

Para derivar x 3 ⋅ y - 3 vamos precisar da regra do produto:

u ⋅ v ' = u ' v + v ' u

Aplicando à nossa equação

y ' ' = - d d x x 3 ⋅ y - 3 + d d x y - 3 ⋅ x 3

y ' ' = - 3 x 2 ⋅ y - 3 + d d x y - 3 ⋅ x 3

Passo 5

Para derivar y - 3 , precisamos da regra da cadeia mais uma vez:,

y ' ' = - 3 x 2 ⋅ y - 3 + - 3 y - 4 ⋅ d d x y ⋅ x 3

y ' ' = - 3 x 2 y 3 - 3 y 4 ⋅ y ' ⋅ x 3

y ' ' = - 3 x 2 y 3 + 3 y 4 ⋅ y ' ⋅ x 3

A gente pode substituir esse y ' da equação, pela expressão que encontramos no começo desse Passo:

y ' ' = - 3 x 2 y 3 + 3 y 4 ⋅ - x 3 y 3 ⋅ x 3

y ' ' = - 3 x 2 y 3 - 3 x 6 y 7

Resposta

y ' ' = - 3 x 2 y 3 - 3 x 6 y 7

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