Exercícios Resolvidos de Regra da Cadeia

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Enunciado

Encontre a primeira e a segunda derivadas da função.

h ( x ) = x 2 + 1

Passo 1

Olá! Tudo beleza?

Vamos fazer mais essa derivada aqui! A gente quer a primeira e a segunda derivada, vamos focar na primeira por enquanto...

A nossa função é:

h ( x ) = x 2 + 1

veja que a nossa função é composta por:

u

Onde

u = x 2 + 1

Certo? Vamos continua então...

Passo 2

Como a gente tem uma função composta, a gente vai usar a regra da Cadeia, que é dessa forma aqui:

f u ' = f ' u ⋅ u '

A gente já identificou que f = u e u = x 2 + 1 , então vamos derivar cada uma, usando a tabela de derivadas e a Regra do Tombo.

Para:

f ' = u '

Vamos transformar em f ' = u 1 2 '

f ' = 1 2 u 1 2 - 1

f ' = 1 2 u - 1 2

Podemos jogar um u pra baixo por causa do expoente negativo, e voltar com ele para forma de raiz:

= 1 2 u

Agora é a vez do u = x 2 + 1

u ' = x 2 + 1 ' = 2 x 2 - 1 + 0

u ' = 2 x

Passo 3

Beleza! Vamos substituir isso na expressão da regra da cadeia:

f u ' = f ' u ⋅ u '

h ' = 1 2 u ⋅ u '

Substituindo u e u ' :

h ' = 1 2 x 2 + 1 ⋅ 2 x

Simplificando o 2 de cima com o 2 de baixo:

h ' = x x 2 + 1

Prontinho! Essa é a primeira derivada!

Passo 4

Agora vamos fazer a segunda derivada, derivando h ' .

Como h ' = x x 2 + 1   é um quociente, vamos usar a regra do Quociente, que é assim:

f g ' =   f ' ⋅ g - f ⋅ g ' g 2

No nosso caso, temos:

f = x

g = x 2 + 1

Precisamos das derivadas dessas duas...

Passo 5

Para a derivada de f é só usar a regra do Tombo:

f ' = x ' = 1 x 1 - 1

= x 0 = 1

E a derivada de g = x 2 + 1   a gente já calculou e viu que é:

g ' = x 2 + 1 ' = x x 2 + 1

Show! Vamos jogar isso na regra do Quociente agora!

Passo 6

f g ' =   f ' ⋅ g - f ⋅ g ' g 2

h ' ' x =   1 ⋅ x 2 + 1 - x x x 2 + 1 x 2 + 1 2

Calma! Eu sei que ficou feio, mas vamos melhorar isso aí.

Podemos cortar a raiz como quadrado no denominador, e fazer x 2 no segundo termo da parte de cima:

h ' ' x =   x 2 + 1 - x 2 x 2 + 1 x 2 + 1

Vamos somar aqueles dois ali em cima, multiplicando o primeiro termo por x 2 + 1 em cima e embaixo...

Passo 7

Vai ficar assim:

h ' ' x =   x 2 + 1   x 2 + 1 x 2 + 1 - x 2 x 2 + 1 x 2 + 1

Agora podemos multiplicar ali em cima, que vai sumir a raiz, certo?

h ' ' x = x 2 + 1 x 2 + 1 - x 2 x 2 + 1 x 2 + 1

A gente tem duas frações com denominadores iguais ali em cima, então podemos resolver em cima e repetir embaixo:

h ' ' x = 1 x 2 + 1 x 2 + 1

Passo 8

Em divisão de frações, podemos repetir a primeira e multiplicar pelo inverso da segunda. No caso, a segunda é o x 2 + 1 que vamos transformar em x 2 + 1 1

h ' ' x = 1 x 2 + 1 x 2 + 1

h ' ' x = 1 x 2 + 1 ⋅ 1 x 2 + 1  

Nossa derivada então é:

h ' ' x = 1 x 2 + 1 ⋅ x 2 + 1

Prontinho! Derivadas calculadas😊

Resposta

h x ' = x x 2 + 1

h ' ' x = 1 x 2 + 1 ⋅ x 2 + 1