Enunciado

Use a parte 1 do Teorema Fundamental do Cálculo para encontrar a derivada da função.

y = ∫ e x 0 sen 3 ⁡ t d t  

Passo 1

Oi, pessoal! Vamos resolver essa questão juntos 😁!

Nessa quest��o, temos que encontrar a derivada de uma função y que é dada como sendo uma integral de uma outra função. Para facilitar o entendimento, vamos chamar a função y de h ( x ) , beleza?

Mais explicitamente, temos que calcular a derivada da função

h x = ∫ e x 0 sen 3 ⁡ t d t

usando a Parte 1 do Teorema Fundamental do Cálculo.

🤔Mas o que diz essa tal de Parte 1 do Teorema Fundamental do Cálculo mesmo?

Basicamente, ela diz que sempre que uma função h é obtida integrando uma função g , então a derivada da função h é a função g !

Mas precisamos tomar cuidado!

Matematicamente, a Parte 1 do Teorema Fundamental diz que

h x =   ∫ a x g t d t ,

então h ' x = g x .

⚠️ Perceba que isso não é exatamente o que temos na função h , pois temos uma diferença nos limites de integração. No caso do teorema, o limite superior é x e o inferior é constante, enquanto que no caso da função do exercício, o limite superior é constante e o inferior é e x .

Para lidarmos com isso, vamos definir uma função conveniente que irá nos ajudar no cálculo da derivada que estamos procurando.

🛠️Antes disso, vamos relembrar de algumas ferramentas que vão nos ajudar a resolver esse exercício:

  • Regra da Cadeia: sejam f e g funções deriváveis, então
  • f ∘ g ' x = f ' g x g ' x .

  • Para integrais definidas em um intervalo [ a ,   b ] , vale que:

∫ a b f x d x =   - ∫ b a f x d x .

Já temos tudo o que precisamos! Bora resolver essa questão?

Passo 2

Perceba que como

h x = ∫ e x 0 sen 3 ⁡ t d t ,

então definindo a função

f x =   ∫ 0 x sen 3 ⁡ t d t

e usando a Parte 1 de Teorema Fundamental, vamos ter que a derivada f ' é dada por

f ' x = sen 3 ⁡ x ,

certo?

Mas pensa o seguinte: se avaliarmos a função f em e x , temos que

f e x =   ∫ 0 e x sen 3 ⁡ t d t = - ∫ e x 0 sen 3 ⁡ t d t = - h x .

Com isso, calcular a derivada h ' é a mesma coisa do que calcular a derivada da função composta - f ∘ g , onde g x = e x , ou seja,

- f ∘ g ' x = - f ' e x e x ' .

Vamos ver como fazer isso no próximo passo!

Passo 3

Como vimos no Passo anterior, a derivada de f é

f ' x = sen 3 ⁡ x ,

e temos também que a derivada de e x é

e x ' = e x .

Então, pela Regra da Cadeia, vamos ter que,

h ' x = - f ' e x e x ' ,

ou seja, substituindo as derivadas,

h ' x = - sen 3 ⁡ e x e x .

Dessa forma, a função h ' procurada é dada por:

h ' x = - e x sen 3 ⁡ e x .

Resposta

A derivada da função

y = ∫ e x 0 sen 3 ⁡ t d t

é

y ' = - e x sen 3 ⁡ ( e x ) .

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