Enunciado

Se a, b e c são os lados de um triângulo e A, B e C são os ângulos opostos, determine ∂ A / ∂ a ,   ∂ A / ∂ b   e   ∂ A / ∂ c pela derivação implícita da Lei dos Cossenos.

Passo 1

E aí, galera! Beleza?

Bom, nessa questão nós temos um triângulo, seus lados e ângulos. A questão nos pede para determinar algumas derivadas pela derivação da lei dos Cossenos.

Imaginemos um triângulo qualquer conforme o indicado na figura abaixo:

Pela Lei dos Cossenos,

a 2 = b 2 + c 2 - 2 b c cos ⁡ A

De modo que, para calcularmos aquelas derivadas do enunciado, precisamos derivar implicitamente essa Lei dos Cossenos com relação aos lados.

A derivação implícita consiste em assumir que todos os parâmetros da equação dependem uns dos outros.

Vamos ver como fica isso na prática?

Passo 2

Vamos derivar implicitamente a lei dos Cossenos em relação a a :

2 a =   2 b ∂ b ∂ a + 2 c ∂ c ∂ a - 2 ∂ ∂ a ( b ⋅ c ⋅ cos ⁡ A )

Aqui vamos precisar usar a regra do produto, pois temos, por hipótese, três funções de a .

Vale chamar a atenção que:

∂ ∂ a cos ⁡ A =   - sen ⁡ A   ∂ A ∂ a

Juntando isso à regra do produto,

∂ ∂ a 2 b c cos ⁡ A = 2 ( c cos ⁡ A ∂ b ∂ a   + b ∂ c ∂ a cos ⁡ A - b c ∂ A ∂ a sen ⁡ A )

Substituindo esse resultado na derivação da lei dos cossenos, temos:

2 a = 2 b ∂ b ∂ a + 2 c ∂ c ∂ a - 2 c cos ⁡ A ∂ b ∂ a   + b ∂ c ∂ a cos ⁡ A - b c ∂ A ∂ a sen ⁡ A

Queremos calcular ∂ A / ∂ a , então precisamos isolá-lo na equação acima:

∂ A ∂ a = a - b ∂ b ∂ a - c ∂ c ∂ a + c cos ⁡ A ∂ b ∂ a   + b ∂ c ∂ a cos ⁡ A b   c sen ⁡ A

Passo 3

a 2 = b 2 + c 2 - 2 b c cos ⁡ A

De maneira semelhante, derivando em relação a b :

2 a ∂ a ∂ b = 2 b + 2 c ∂ c ∂ b - 2 c cos ⁡ A + b cos ⁡ A ∂ c ∂ b - b   c sen ⁡ A ∂ A ∂ b

Agora queremos ∂ A / ∂ b :  

∂ A ∂ b = a ∂ a ∂ b - b - c ∂ c ∂ b + c cos ⁡ A + b cos ⁡ A ∂ c ∂ b b   c sen ⁡ A

Passo 4

a 2 = b 2 + c 2 - 2 b c cos ⁡ A

Por último, derivando em relação a c :

2 a ∂ a ∂ c = 2 b ∂ b ∂ c + 2 c - 2 c cos ⁡ A ∂ b ∂ c + b cos ⁡ A   - b   c ∂ A ∂ c sen ⁡ A

Isolando ∂ A / ∂ c :

∂ A ∂ c = a ∂ a ∂ c - b ∂ b ∂ c - c + c cos ⁡ A ∂ b ∂ c + b cos ⁡ A a b sen ⁡ A

Resposta

∂ A ∂ a = a - b ∂ b ∂ a - c ∂ c ∂ a + c cos ⁡ A ∂ b ∂ a   + b ∂ c ∂ a cos ⁡ A b   c sen ⁡ A

∂ A ∂ b = a ∂ a ∂ b - b - c ∂ c ∂ b + c cos ⁡ A + b cos ⁡ A ∂ c ∂ b b   c sen ⁡ A

∂ A ∂ c = a ∂ a ∂ c - b ∂ b ∂ c - c + c cos ⁡ A ∂ b ∂ c + b cos ⁡ A a b sen ⁡ A

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