O aluno iniciante vai conhecer três tipos de derivadas que podem facilmente serem assimiladas no seu aprendizado. Neste tópico conheceremos as regras para derivar uma função constante, uma função identidade e uma função exponencial. Essas funções sempre estarão presentes na maioria das disciplinas de Ciências Exatas, como o Cálculo I e a Física. Após o estudo não será difícil perceber que ao derivar funções constantes o resultado sempre será zero. Também será fácil perceber que ao derivarmos uma função identidade o resultado sempre será um. E, por último, assimilaremos facilmente que a derivada de uma função exponencial do tipo $y=e^{x}$ será a própria função. As regras básicas para esses tipos de funções serão melhores entendidas e fixadas se a executarmos por meio de frequentes exercícios de fixação, isso fará que o principiante "mastigue” e aprenda de verdade esse conteúdo. Na postagem anterior intitulada Conheça a regra da homogeneidade para calcular derivadas apenas mencionamos sobre a constante em uma derivada, porém, não chegamos a derivá-la. Nesse tópico vamos aprender a derivar uma função constante. As equações desta postagem foram escritas no editor Latex e são melhores visualizadas com o navegador Firefox. Papel e caneta nas mãos e bons estudos.
EXEMPLOS DE FUNÇÕES CONSTANTES
Nas funções abaixo, já sabemos que o símbolo $f(x)$ é lido assim: "f de x" e tem o mesmo significado do $y$, por exemplo, quando é dado uma função constante $f(x) = 5$, podemos também escrevê-la como $y = 5.$
- $ a)\hspace{0.2in}f(x) = 1;$
- $ b)\hspace{0.2in}f(x) = 2;$
- $ c)\hspace{0.2in}f(x) = \pi.$
MANEIRA ALTERNATIVA DE ESCREVER FUNÇÕES CONSTANTES
Podemos escrever as funções acima da seguinte maneira:
- $a)\hspace{0.2in}y = 1;$
- $b)\hspace{0.2in}y = 2;$
- $c)\hspace{0.2in}y = \pi.$
REGRA PARA DERIVAR UMA FUNÇÃO CONSTANTE
“A derivada de uma constante C em relação a qualquer variável é igual a zero, com $C\neq 0.”$
Matematicamente, se
$$f(x)=C,$$
então
$$f'(x)=0.$$
No decorrer deste estudo e dos demais, sempre empregaremos o operador diferencial evidenciado na aula As 3 notações de derivadas usadas em cursos superiores. Portanto, o exemplo acima, na notação do operador de derivadas, pode ser representado assim:
$$\frac{dC}{dx}=0.$$
PRÁTICA: EXERCÍCIOS RESOLVIDOS SOBRE FUNÇÃO CONSTANTE
1º) Dada as funções abaixo, calcule suas derivadas.
- $a)\hspace{0.2in}f(x)=10$
O mesmo resultado obteremos se aplicarmos o operador de derivadas
$$\frac{d}{dx}$$
na função $f(x).$ Normalmente escrevemos assim:
$$\frac{d(f(x))}{dx}=\frac{d(10)}{dx}=0.$$
- $b)\hspace{0.2in}f(x)=4$
O valor da constante $C$ é igual a 4. Pela regra da constante, se
$$f(x)=4,$$
então
$$f'(x)=0.$$
Se aplicarmos o operador de derivadas na função obteremos o mesmos resultado:
$$\frac{d(f(x))}{dx}=\frac{d(4)}{dx}=0.$$
- $c)\hspace{0.2in}f(x)= \pi;$
O valor da constante $C$ é igual a constante $\pi.$ Pela regra da constante, se
$$f(x)=\pi,$$
então
$$f'(x)=0.$$
ou aplicando o operador, obtemos que
$$\frac{d(f(x))}{dx}=\frac{d(\pi)}{dx}=0.$$
- $d)\hspace{0.2in}f(x)= 2+\sqrt{5};$
O valor da constante $C$ é igual a
$$2+\sqrt{5}.$$
Para facilitar a notação podemos escrever a função
$$f(x)=y.$$
Portanto,
$$y=2+\sqrt{5}.$$
Aplicando o operador na função $y$, temos
$$\frac{d(f(x))}{dx}=\frac{d(2+\sqrt{5})}{dx}=\frac{d(2)}{dx}+\frac{d(\sqrt{5})}{dx}=0 + 0=0.$$
O mesmo resultado é obtido aplicando a notação funcional: pela regra da constante, se
$$f(x)=y=2+\sqrt{5},$$
então $f'$ é a função constante definida pela equação
$$f'(x)=0.$$
- $e)\hspace{0.2in}f(x)= C.$
A FUNÇÃO IDENTIDADE
Vamos definir a regra de derivação rapidamente: Se $f(x) = x$, então $f’(x) = 1.$. A seguir, vamos entender essa regra na prática.
2º) Dada a função $f(x)=x$, calcule $f'(x).$
A função dada pode ser escrita como $$f(x)=y=x.$$ Derivando a função em relação a $x$, temos $$\frac{d(f(x)}{dx}=\frac{d(y)}{dx}=\frac{dx}{dx}=1.$$
3º) Calcule as funções $\frac{da}{da}$, $\frac{dy}{dy}$, $\frac{du}{du}$, $\frac{dz}{dz}$ e $\frac{dw}{dw}$.
- Derivando a primeira função em relação a $a$, temos que
- Derivando a segunda função em relação a $y$, temos que
- Derivando a terceira função em relação a $u$, temos que
- Derivando a quarta função em relação a $z$, temos que
- Derivando a quinta função em relação a $w$, temos que
A DERIVADA DA FUNÇÃO EXPONENCIAL $e^{x}$
A regra de derivação diz que a derivada da função exponencial do tipo $e^{x}$ é a própria função exponencial. A seguir, vamos entender essa regra na prática.
4º) Dada a função $f(x)=e^{x}$, calcule $f'(x).$
Podemos escrever a função dada da seguinte maneira: $$y=e^{x}.$$ A função exponencial dada é $e^{x}$ e ($x$) é o expoente da função. A regra diz que a derivada desse tipo de função exponencial é igual a própria função exponencial, portanto, $$\frac{dy}{dx}=\frac{d(e^{x})}{dx}={e^{x}}.$$
5º) Calcule as funções $f(z)=e^{z}$, $f(y)=e^{y}$, $f(u)=e^{u}.$
- Derivando a primeira função em relação a $z$, temos que
- Derivando a segunda função em relação a $y$, temos que
- Derivando a terceira função em relação a $u$, temos que
6º) Calcule as funções $f(x)=e^{ikx}$, $f(x)=e^{2x}$, $f(x)=e^{x^{2}}.$
Para resolver esses tipos de funções exponenciais a regra diz que devemos repetir a função ($e^{ikx}$) multiplicando-a pela derivada do expoente ($ikx$) da função, veja como:
- Derivando a primeira função, temos que
- Derivando a segunda função, temos
- Derivando a terceira função, temos
7º) Calcule a funções $f(x)=e^{x}$ com o auxílio da última regra.
Multiplicaremos a função ($e^{x}$) pela derivada do expoente ($x$) da função.
Se $f(x) = e^{x}$, então $$\frac{d(e^{x})}{dx}=e^{x}.\frac{d(x)}{dx}=e^{x}.1=e^{x}.$$
Agora entendemos de fato porque a derivada de uma função exponencial desse tipo equivale à própria função. O seu desafio de hoje é acessar o programa da postagem anterior e digitar nele as derivadas deste estudo. Espero ter ajudado. Bons estudos!