Enunciado

Encontre o limite dado interpretando a expressão como uma derivada apropriada.

lim Δ x → 0 ⁡ 9 [ a r c sin ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2 - π 2 Δ x

Passo 1

O que essa questão quer é basicamente que a gente lembre da definição de derivadas a partir de limites, lembra?

f ' x =   lim Δ x → 0 ⁡ f x 0 + Δ x - f ( x 0 ) Δ x  

Concorda que o limite da questão se assemelha um pouco com o limite da definição de derivadas? Agora precisamos pensar em uma função f x   e um x 0   tal que:

f x 0 + Δ x =     9 [ a r c sin  ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2   =     [ 3 a r c sin  ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2

E

f x 0 = π 2

Passo 2

É bem provável que a nossa função desejada seja do tipo f x = 3 a r c sin ⁡ ( k x ) 2 , com k   sendo uma constante.

Mas e o nosso x 0 ? Como vamos descobrir ele?

Já que não temos muitas pistas, vamos testar então:

f x = 3 a r c   s i n ⁡ ( x ) 2

Como f x 0 = π 2 :

f x 0 = 3 a r c   s i n ⁡ ( x 0 ) 2 = π 2

3 a r c sin ⁡ ( x 0 ) = π

a r c sin ⁡ ( x 0 ) = π 3           ⇒       x 0 = 3 2

Então as expressões que interessam a gente são:

f x 0 + Δ x = f 3 2 + Δ x = [ 3 a r c sin  ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2

E

f x 0 = f 3 2   = [ 3 a r c sin  ⁡ ( 3 2 ) ] 2

f x 0 = 3   π 3 2 = π 2

Nosso limite ficaria assim:

f ' x =   lim Δ x → 0 ⁡ f x 0 + Δ x - f ( x 0 ) Δ x       =     lim Δ x → 0 ⁡ [ 3 a r c sin ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2 - π 2 Δ x

Opaaa percebe que apareceu exatamente o limite que estamos interessados?

Passo 3

Chegamos à conclusão de que o limite pedido nada mais é do que a derivada da função escrita de um jeito diferente, ou seja, usando a definição de derivadas.

f x = 3 a r c sin ⁡ ( x ) 2

E estamos interessados na derivada no ponto x 0 = 3 2 .

Derivando nossa função:

f ' x = d d x 3 a r c sin ⁡ x 2

Aí precisamos buscar na memória a derivada de arco seno, lembra?

[ a r c sin ⁡ ( x ) ] ' = 1 1 - x 2

Então na nossa função fica assim:

f ' ( x ) = d d x 3 a r c sin ⁡ x 2   =     9 d d x [ a r c sin ⁡ x ] 2

f ' x = 9   2   a r c sin ⁡ x   d d x [ a r c sin ⁡ ( x ) ]  

f ' x = 18   a r c sin ⁡ x   ( 1 1 - x 2 )

f ' x =   18   a r c sin ⁡ x 1 - x 2

Fazendo x = x 0 = 3 2

f ' x 0 = f ' 3 2 = 18   a r c sin ⁡ 3 2 1 - 3 2 2

f ' 3 2     =       18 π 3 1 - 3 4             =               6 π 1 4               =               6 π 1 / 2             =           12 π

O valor do limite é:

lim Δ x → 0 ⁡ [ 3 a r c sin ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2 - π 2 Δ x = 12 π

Pois ele é nada mais do que a derivada da função escrita de um jeito diferente, ou seja, usando a definição de derivadas.

Resposta

lim Δ x → 0 ⁡ 9 [ a r c sin ⁡ ( 3 2 + Δ x ) ] 2 - π 2 Δ x = 12 π

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