Enunciado

Determine as derivadas das funções

r = (c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^(- 1)

Passo 1

Este é um exercício de derivada em que devemos aplicar a regra da cadeia! Portanto, precisamos pegar a nossa h ( theta ) dada e, a partir dela, obter funções f ( u ) e g ( theta ) tais que:

h (theta) = (f @ g) (theta) = f (g (theta))

Desta forma, precisamos visualizar a nossa função h como uma função composta! Somente a partir disto, poderemos determinar corretamente quem é d r // d theta , pois, como esta é uma função composta, ao derivarmos ela, conforme a regra da cadeia, teremos a seguinte relação:

(d r)/(d theta) = h^' (theta) = f^' (g (theta)) * g ' ( theta )

Portanto, somente após descobrirmos quem é f ( u ) e g ( theta ) poderemos derivar estas funções e aplicar corretamente a regra da cadeia.

O procedimento para a obtenção das funções f e g é tentar transformar o termo “mais interno” da nossa h em u = g ( theta ) . Ao fazermos esta substituição, obteremos então a função f ( u ) . Complicado isto? Não se assuste, vamos para a questão que verá que é bastante fácil!

Passo 2

Vamos começar por determinar quem é f ( u ) e g ( theta ) . Vejamos a nossa função dada:

r = (c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^(- 1)

O termo “mais interno” é c o s s e c (theta) + c o t g (theta) . Se fizermos u = g (theta) = c o s s e c (theta) + c o t g (theta) e substituirmos na função acima, obtemos:

r = (u)^(- 1)

E é assim que conseguimos separar uma função composta! Simples, não é? Portanto, as nossas funções f e g são:

f (u) = (u)^(- 1)

g (theta) = c o s s e c (theta) + c o t g (theta)

Passo 3

Agora que determinamos quais são as funções f e g , podemos enfim começar a determinar a derivada d r // d theta . Vamos começar por determinar a derivada da função f ( u ) . Sendo assim, temos:

y^' = f^' (u) = [(u)^(- 1)]^'

y^' = - 1 u^(- 2)

y^' = - (1)/(u^2)

Passo 4

Vamos determinar agora a derivada da função g ( theta ) . Sendo assim, temos:

u^' = g^' (theta) = [c o s s e c (theta) + c o t g (theta)]^'

g^' (theta) = - c o s s e c (theta) c o t g (theta) - c o s s e c^2 ( theta )

g^' (theta) = - (c o s s e c (theta) c o t g (theta) + c o s s e c^2 (theta))

Passo 5

Vamos fazer a composição de f^' (u) com g ( theta ) , isto é, obter f^' (g (theta)) . Para isto, basta substituir g (theta) = c o s s e c (theta) + c o t g (theta) em todo u na função f ' ( u ) . Portanto, temos:

f^' (g (theta)) = f^' (c o s s e c (theta) + c o t g (theta)) = (- 1)/((c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^2)

f^' (g (theta)) = (- 1)/((c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^2)

Passo 6

O que nos falta é multiplicar f^' (g (theta)) por g ' ( theta ) para obtermos a derivada d r // d theta . Portanto, a resposta final do nosso problema é:

(d r)/(d theta) = (- 1)/((c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^2) * - (c o s s e c (theta) c o t g (theta) + c o s s e c^2 (theta))

(d r)/(d theta) = ((c o s s e c (theta) c o t g (theta) + c o s s e c^2 (theta)))/((c o s s e c (theta) + c o t g (theta))^2)

(d r)/(d theta) = (c o s s e c ( theta ))/(c o s s e c (theta) + c o t g (theta))

Resposta

(d r)/(d theta) = (c o s s e c ( theta ))/(c o s s e c (theta) + c o t g (theta))

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