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Universidade Federal de Vic¸osa Departamento de Matema´tica MAT 141 (Turma 1) – Ca´lculo Diferencial e Integral I – 2017/II 1a Lista de Derivadas (26/09/2017) 1) Calcule f ′(p), usando definic¸a˜o de derivada. a) f(x) = x2 + x e p = 1. b) f(x) = 1 x2 e p = 2. c) f(x) = 2x3 − x2 e p = 1. d) f(x) = 3 √ x e p = 2. 2) Verifique se f e´ deriva´vel em x = 1. Em caso afirmativo calcule f ′(1). a) f(x) = { 2x+ 1, se x < 1 −x+ 4, se x ≥ 1 b) f(x) = { x2 + 2, se x < 1 2x+ 1, se x ≥ 1 3) Seja f(x) = { x+ 1, se x < 2 x2 + 2, se x ≥ 2 . A func¸a˜o f e´ cont´ınua em x = 2? E´ deriva´vel em x = 2? Justifique. 4) Determine a equac¸a˜o da reta tangente ao gra´fico de f em (p, f(p)). a) f(x) = x2 e p = 2 b) f(x) = √ x e p = 9 c) f(x) = x2 − x e p = 1 5) Calcule dy dx . a) y = x8 + x6 + x5 + 3x b) y − 2 = x−3 + 8x2 c) y = axn + 2xn−1 + kx d) xb 2+a2 − 4x = y 6) Deˆ exemplo de uma func¸a˜o real f tal que f ′(1) = 0. O que este valor significa? 7) Encontre os pontos onde a reta tangente ao gra´fico de f definida por f(x) = x4 + 4x e´ paralela ao eixo x. 8) Ache as condic¸o˜es sobre b, c e d para que o gra´fico do polinoˆmio p(x) = x3 + bx2 + cx+ d tenha: a) exatamente duas tangentes horizontais. b) exatamente uma tangente horizontal. c) na˜o tenha tangente horizontal. 9) A reta normal ao gra´fico de uma func¸a˜o f num ponto do gra´fico e´ a reta perpendicular a` reta tangente ao gra´fico da func¸a˜o nesse ponto. Determine a reta normal ao gra´fico de f(x) = x3 + 2x− 1 em (1, f(1)). 10) Determine a func¸a˜o derivada de f . a) f(x) = x2 + 3 √ x+ cos(x) + sen(x) b) f(x) = 3 √ x 2 √ x c) f(x) = x2 ln(x) + ln(x) x d) f(x) = tg(x) + cotg (x) e) f(x) = cos(40)x f) f(x) = 4sec (x)− 2cossec (x) g) f(x) = x2 sen(x) + 2x cos(x) h) f(x) = sen(x) tg(x) i) f(x) = sen(x) cos(x)sec (x) j) f(x) = x+ 1 2 cos(x) k) f(x) = tg(x) cos(x)− 4 l) f(x) = sen(x)− 1 cos(x) + 1 11) Sejam f, g e h func¸o˜es deriva´veis. Determine [f(x)g(x)h(x)]′ e [ f(x)g(x) h(x) ]′ . 12) Determine a derivada de f(x) = log2(x) log4(x) . Dica: Para x > 0, loga x = ln(x) ln(a) , com a > 0 e a 6= 1. 13) Esboce o gra´fico de f, f ′ e f ′′. a) f(x) = x2|x| b) f(x) = { x2 + 2x, se x ≥ −1 x, se x < −1 14) Encontre os valores de x tais que f ′(x) = 0. a) f(x) = x2 − 3x+ 4 b) f(x) = ex c) f(x) = − x 2 (x− 1)2 15) Dada a func¸a˜o f(x) = (x− 1)3, determine a) x tal que f ′(x) = 0. b) intervalo em que f ′(x) > 0 16) Cada figura e´ o gra´fico de uma func¸a˜o f . Esboce o gra´fico de f ′ e determine onde f na˜o e´ deriva´vel. a) −2 −1 1 2 x y 1 b) −2 −1 1 2 x y 1 17) Deˆ exemplo (por meio de um gra´fico) de uma func¸a˜o real f tal que f ′(x) > 0, para todo x ∈ R. O que esse resultado parece indicar a respeito da func¸a˜o f? 18) Dada a func¸a˜o f(x) = (1− x)3 3x− 2 determine: a) Os valores de x para os quais f ′(x) = 0. b) Os valores de x para os quais f ′′(x) = 0. c) As ass´ıntotas verticais e horizontais ao gra´fico de f , se existirem. d) Os intervalos em que f ′(x) > 0 e os intervalos em que f ′(x) < 0. e) Os intervalos em que f ′′(x) > 0 e os intervalos em que f ′′(x) < 0. 19) Mostre que a func¸a˜o y = xe−x satisfaz a` equac¸a˜o xy′ = (1− x)y. 20) Ao adicionar um bactericida a um meio nutritivo onde bacte´rias estavam crescendo, a populac¸a˜o de bacte´rias continuou a crescer por um tempo, mas depois comec¸ou a diminuir. O tamanho da populac¸a˜o no instante t (em horas) foi dada por p(t) = 106 + 104t− 103t2 . Determine as taxas de crescimento para t = 5 h e t = 10 h. 23) Depois de aberta a va´lvula inferior de um tanque de armazenamento e´ necessa´rio esperar 12h para esvazia´- lo. A profundidade y (em metros) do l´ıquido no tanque, t horas depois que a va´lvula foi aberta, e´ dada por y = 6 ( 1− t12 )2 metros. a) Encontre a taxa dydt (m/h) de esvaziamento do tanque no instante t. b) Quando a altura do l´ıquido no tanque diminuira´ mais rapidamente? E mais lentamente? Quais os valores de dydt nesses instantes? 24) Seja f tal que f(x) = |x2 − 1|. Mostre que f na˜o e´ deriva´vel nos pontos , x = −1 e x = 1. Para tanto, analise analiticamente (via definic¸a˜o de derivada) e, depois, geometricamente (exibindo o esboc¸o gra´fico de f e localizando as quinas no gra´fico). 25) Considere o gra´fico da func¸a˜o real f . a) Em quais pontos f na˜o e´ deriva´vel? b) Em quais pontos f tem derivada nula? c) Em quais intervalos f tem derivada negativa e/ou positiva? Por que? 26) Associe o gra´fico de cada func¸a˜o (a)–(d) com o gra´fico de sua derivada em (1)–(4). 27) Se a reta tangente ao gra´fico da func¸a˜o f no ponto (4, 3) passa pelo ponto (0, 2), calcule f(4) e f ′(4). 28) Determine as constantes a e b tais que: f(x) = x2 + ax+ b, f(1) = −4 e f ′(2) = 5. 29) Mostre que a func¸a˜o f(x) = x3 + 7x− 3 na˜o possui uma reta tangente com inclinac¸a˜o igual a 4. 30) Encontre os pontos do gra´fico da func¸a˜o f definida por f(x) = x3 − x2 − x + 1 em que a reta tangente e´ horizontal. 31) Calcule a a´rea do triaˆngulo retaˆngulo ABC, de aˆngulo reto em B, indicado na figura. Sabe-se que a reta r e´ normal a` curva f(x) = x2 − 1 no ponto C, cuja abscissa e´ 1. 32) A partir dos gra´ficos das func¸o˜es reais f e g, exibidos abaixo, esboce o gra´fico de f ′ e de g′. 33) Os gra´ficos das func¸o˜es f e g sa˜o dados abaixo. Se p(x) = f(x).g(x) e q(x) = f(x)/g(x), calcule p′(1) e q′(5). 34) Determine a func¸a˜o derivada de f definida por: a) (x2 + 4x− 5)4 b) (2x4 − 7x3)e c) (x2 + 4)−2 d) sec (6x) e) cotg (10x) f) cos(3x2 + 1) g) 4x 1 2 + 5x− 1 2 h) √ 1 + 4x2 i) 3 √ 2x j) e √ x k) ln(x2 + 2x) l) esen(x) m) tg(ln(x)) n) ln(tg(x)) 35) Determine dy dx . a) 1 x + 1 y = 1 b) x2y2 = x2 + y2 c) 3 √ x+ 3 √ xy = 4y2 d) 2x3y + 3xy3 = 5 36) Determine uma equac¸a˜o da reta tangente a` curva 16x4 + y4 = 32 no ponto (1, 2). 37) Determine fn(x), em que: a) f(x) = 2x4 + 3, n = 3. b) f(x) = ( 1 x )2 , n = 2. c) f(x) = cos(x), n = 3. d) f(x) = sen(2x), n = 50. 38) Seja y = x3 x+ √ x . Calcule dy dx ∣∣∣∣ x=1 . 39) Seja f : R −→ R deriva´vel e seja g(t) = f(t2 + 1). Supondo f ′(2) = 5, calcule g′(1). 40) Calcule as derivadas das seguintes func¸o˜es a) y = arcsen √ x b) y = (1 + arccos 3x)3 c) y = ln(arctgx2) d) y = 3arcsenx 3 e) (tgx)arctgx 41) Assuma y em func¸a˜o de x e determine y′ por derivac¸a˜o impl´ıcita. a) y = xsen y b) ex cos y = xey c) x2 + xarcsen y = yex 42) Verifique que y = √ 1 + x2 1− x2 e´ uma soluc¸a˜o da equac¸a˜o diferencial (xy2 + x) + (x2y − y)y′ = 0. 43) Resolva os seguintes problemas de taxas relacionadas: a) Uma escada de 6 m de comprimento esta´ apoiada em uma parede vertical. Se a base da escada comec¸a a deslizar horizontalmente, a` raza˜o de 0,6 m/s, com que velocidade o topo da escada percorre a parede, quando esta´ a 4 m do solo? b) Dois carros, um dirigindo-se para o leste a` taxa de 72 km/h e o outro para o sul a` taxa de 54 km/h esta˜o viajando em direc¸a˜o ao cruzamento de duas rodovias. A que taxa os carros se aproximam um do outro, no instante em que o primeiro estiver a 400 m e o segundo estiver a 300 m do cruzamento? c) Ao ser aquecida uma chapa circular de metal, seu diaˆmetro varia a` raza˜o de 0,01 cm/min. Determine a taxa a` qual a a´rea de uma das faces varia quando o diaˆmetro esta´ em 30 cm. d) Um inceˆndio em um campo aberto se alastra em forma de c´ırculo. O raio do c´ırculo aumenta a` raza˜o de 1 m/min. Determine a taxa a` qual a a´rea incendiada esta´ aumentando quando o raio e´ de 20 m. e) Uma luz esta´ no alto de um poste de 5 m. Um menino de 1,6 m se afasta do postea` raza˜o 1,2 m/s. A que taxa aumenta o comprimento de sua sombra quando ele esta´ a 6 m do poste? A que taxa se move a ponta de sua sombra? f) A areia que vaza de um depo´sito forma uma pilha coˆnica cuja altura e´ sempre igual ao raio. Se a altura da pilha aumenta a` raza˜o de 15 cm/min, determine a velocidade com que a areia esta´ escoando quando a altura da pilha e´ 25 cm. g) Suponha que uma bola de neve esfe´rica e´ formada de tal maneira que seu volume aumenta a` taxa de 8 dm3/min. Determine a taxa a qual o raio e´ aumentado quando a bola de neve tem 4 dm de diaˆmetro. h) As extremidades de um cocho horizontal de 8 m de comprimento sa˜o trape´zios iso´sceles de bases de 2 m e 1 m. A altura do cocho e´ de 0,6 m. Se o n´ıvel da a´gua esta´ subindo a` raza˜o de 0,1 cm/min, quando a profundidade da a´gua e´ de 0,3 m com que velocidade a a´gua esta´ entrando no cocho? i) A`s 8 h o navio A esta´ a 25 km ao sul do navio B. Se o navio A esta´ navegando para o oeste a uma velocidade de 16 km/h e o navio B esta´ navegando para o sul a 20 km/h, determine a raza˜o em que a distaˆncia entre os navios esta´ variando a`s 8h30min. j) Um farol girato´rio completa uma volta a cada 15 segundos. O farol esta´ a 60 m de P, o ponto mais pro´ximo em uma praia retil´ınea. Determine a raza˜o em que um raio de luz do farol esta´ se movendo ao longo da praia em um ponto, Q, a 150 m de P . 44) Determine a func¸a˜o derivada de f definida por: a) (5x3 + 2x)3(x− x2)2 b) 4 √ 1 + 2x+ x3 c) (x− 1)4 (x2 + 2x)5 d) cos(ex + 1) e) 3 √ (1 + x4)2 f) x√ x2 + 1 g) (x2 + 1) 3 √ x2 + 2 h) sen (sen (senx))) i) 22x cos(3x) sen (5x) j) sen (2x) lnx2 k) 2sen (x2) cos(x+ 1) l) √ x+ √ x+ √ x m) √ x− 1 x+ 1 n) e √ x(x3 − 5x) o) ex cosx p) ln [ x2senx√ 1 + x ] q) tg 2(3x) 45) Sejam f e g duas func¸o˜es diferencia´veis. Se F (x) = f(g(x)), g(3) = 6, g′(3) = 4, f ′(3) = 2 e f ′(6) = 7, calcule F ′(3). 46) Seja g uma func¸a˜o duas vezes deriva´vel e f dada por f(x) = g(x + 2 cos(3x)). Sabendo que g′(2) = 1 e que g′′(2) = 8, determine f ′′(x) e f ′′(0). 47) Calcule as derivadas das func¸o˜es hiperbo´licas. 48) Determine f ′(3) sabendo-se que f(5 + 2x) + f(2x2 + 1) = 4x2 + 4x+ 2. 49) Mostre que as retas tangentes a`s curvas C1 : 4y 3 − x2y − x + 5y = 0 e C2 : x4 − 4y3 + 5x + y = 0 na origem, sa˜o perpendiculares. 50) Considere a elipse x2 a2 + y2 b2 = 1 e desenhe a reta tangente num ponto arbitra´rio qualquer (xp, yp) dessa curva. Derivando implicitamente, mostre que a tangente, em qualquer ponto arbitra´rio (xp, yp) da elipse, tem equac¸a˜o xpx a2 + ypy b2 = 1. 51) Determine os intervalos de crescimento e de decrescimento de f . a) f(x) = x3 + 2x2 + x+ 1 b) f(x) = x+ 1 x Gabarito 1) a) 3 b) −1 4 c) 4 d) 1 3 3 √ 4 2) a) A func¸a˜o f na˜o e´ deriva´vel em x = 1, pois lim h→0+ f(1 + h)− f(1) h = −1 e lim h→0− f(1 + h)− f(1) h = 2. b) A func¸a˜o f e´ deriva´vel em x = p. 3) A func¸a˜o f na˜o e´ cont´ınua em x = 2, pois na˜o existe o limite de f(x) quando x tende a 2. Portanto, f na˜o e´ deriva´vel em x = 2. 4) a) y = 4x− 4 b) x− 6y + 9 = 0 c) y = x− 1 5) a) dy dx = 8x7 + 6x5 + 5x4 + 3 b) dy dx = −3x−4 + 16x c) dy dx = anxn−1 + 2(n− 1)xn−2 + k d) dy dx = (b2 + a2)xb 2+a2−1 − 4 6) Considere a func¸a˜o f definida por f(x) = x2 − 2x. A tangente ao gra´fico de f que passa por (1, f(1)) e´ horizontal. −2−2−2−2−2 x y 7) −1 8) a) b2 > 3c, d ∈ R b) b2 = 3c, d ∈ R c) b2 < 3c, d ∈ R 9) y = −1 5 + 11 5 10) a) 2x+ 1 3 x − 2 3 − sen (x) + cos(x) b) −1 6 x − 7 6 c) 2x ln(x)− x (ln(x))2 + 1− ln(x) x2 d) sec 2(x)− cossec 2(x) e) cos(40) f) 4sec (x)tg (x) + 2cossec (x)cotg (x) g) 2xsen (x) + x2 cos(x) + 2 cos(x)− 2xsen (x) h) sen (x) + sen (x)sec 2(x) i) cos(x) j) 2 cos(x) + 2(x+ 1)sen (x) 4sen 2(x) k) sec 2(x)(cos(x)− 4) + tg (x)sen (x) (cos(x)− 4)2 l) 1 + cos(x)− sen (x) (cos(x) + 1)2 11) [f(x)g(x)h(x)]′ = f ′(x)g(x)h(x) + f(x)g′(x)h(x) + f(x)g(x)h′(x)[f(x)g(x) h(x) ]′ = f ′(x)g(x)h(x) + f(x)g′(x)h(x)− f(x)g(x)h′(x) (h(x)2) 12) 0 13) a) f(x) = { x3, se x ≥ 0 −x3, se x < 0 , f ′(x) = { 3x2, se x ≥ 0 −3x2, se x < 0 e f ′′(x) = { 6x, se x ≥ 0 −6x, se x < 0 x y y = f(x) x y y = f ′(x) x y y = f ′′(x) b) f(x) = { x2 + 2x, se x ≥ −1 x, se x < −1 , f ′(x) = { 2x+ 2, se x > −1 1, se x < −1 e f ′′(x) = { 2, se x > −1 0, se x < −1 x y −1 y = f(x) x y −1 y = f ′(x) x y −1 y = f ′′(x) 14) a) 3/2 b) na˜o existe c) 0 15) a) x = −1 b) f ′(x) > 0 para x 6= −1 16) a) f na˜o e´ deriva´vel em x = −1 e em x = −1. x y −1 1 −1 1 b) f na˜o e´ deriva´vel em x = −1 e em x = −1. x −1 1 y −1 1 17) A func¸a˜o e´ crescente. x y 18) a) x = 1 e x = 1/2 b) 1 c) Ass´ıntota vertical em x = 2/3. Na˜o tem ass´ıntota horizontal. d) f ′(x) > 0 em (−∞, 1/2) e f ′(x) < 0 em (1/2, 2/3), (2/3, 1) e em (1,+∞). e) f ′′(x) > 0 em (2/3, 1) e f ′′(x) < 0 em (−∞, 2/3) e em (1,+∞). 20) t = 5, dp dt = 0 (parou o crescimento) t = 10, dp dt = −1000 bacte´rias/h (velocidade decrescente da populac¸a˜o de bacte´rias). 23) a) dy dt = t 12 − 1 b) dy dt (0) = −1m/h (mais rapidamente) dy dt (12) = 0m/h (mais lentamente) 24) f ′−(−1) = −2 e f ′+(−1) = 2. Portanto, na˜o existe f ′(−1). f ′−(1) = −2 e f ′+(1) = 2. Portanto, na˜o existe f ′(1). 25) a) Em x0 = −1 e em x0 = 8 pois o gra´fico de f tem uma quina nestes pontos. Em x0 = 4 pois f e´ descont´ınua neste ponto. E, em x0 = 11 pois a reta tangente ao gra´fico de f e´ vertical neste ponto, ou seja, o limite da definic¸a˜o de derivada e´ infinito. b) Em x0 = 9 e em x0 = 10 pois, nestes pontos, a reta tangente e´ paralela ao eixo x. c) f ′(x) < 0 nos intervalos (−∞,−1), (8, 9) e (10,+∞), pois nestes intervalos a func¸a˜o e´ decrescente. f ′(x) > 0 nos intervalos (−1, 4), (4, 8) e (9, 10) pois nestes intervalos a func¸a˜o e´ crescente. 26) (a)-(2); (b)-(4); (c)-(1); (d)-(3). 27) f(4) = 3 e f ′(4) = 1/4 28) a = 1 e b = −6 29) Mostre que a equac¸a˜o f ′(p) = 3p2 + 7 = 4 na˜o tem soluc¸a˜o em R. 30) Resolva a equac¸a˜o f ′(x) = 0. Os pontos sa˜o (−1/3, 32/27) e (1, 0). 31) Determine a equac¸a˜o da reta normal para obter o ponto A(−3/2, 5/4) (intersec¸a˜o entre a reta e a func¸a˜o). O ponto B(−3/2, 0) tem abscissa igual a do ponto A. Com isso, a a´rea e´ igual a 25/16u.a. 33) p′(1) = 0 e q′(5) = −2/3. 34) a) 4(x2 + 4x− 5)3(2x+ 4) b) e(2x4 − 7x7)e−1(8x3 − 21x2) c) −2(x2 + 4)−3(2x) d) 6sec (6x)tg (6x) e) −10cossec (10x) f) −6xsen (3x2 + 1) g) 2x − 1 2 − 5 2 x − 3 2 h) 4x(1 + 4x2) − 1 2 i) 2 3 (2x) − 2 3 j) 1 2 x − 1 2 e √ x k) 2x+ 2 x2 + 2 l) cos(x)esen (x) m) 1 x sec 2(ln(x)) n) 1 cos(x)sen (x) 35) a) dy dx = −y 2 x2 b) dy dx = x(1− y2) y(x2 − 1) c) dy dx = y + 3 √ y2 24 3 √ y5. 3 √ x2 − x d) dy dx = −3y(y 2 + 2x2) x(2x2 + 9y2) 36) y = −2x+ 4 37) a) f ′′′(x) = 48x b) f ′′(x) = 6 x4 c) f ′′′(x) = sen (x) d) f (50)(x) = −250 sen(2x) 38) dy dx ∣∣ x=1 = 9 8 39) g′(1) = 10 40) a) 1 2 √ 1− x√x b) −9(1 + arccos 3x)3√ 1− 9x2 c) 2x (1 + x4)arctgx2 d) 3 ln 3x2 3arcsenx 3 √ 1− x6 e) (tgx)arctgx ( cotgxsec xarctgx+ ln(tgx) 1 + x2 ) 41) a) sen y 1− x cos y b) ex cos y − ey exsen y + xey c) √ 1− y2(yex − arcsen y − 2x) x− ex √ 1− y2 43) a) −3√5 10 m/s b) Os carros se aproximam a uma taxa de 90 Km/h ( dz dx = −90). c) 0, 15pi cm2/mind) 40pi m2/min e) velocidade do comprimento da sombra: 0, 564m/s velocidade da ponta da sombra: 1, 764 m/s f) 9375pi cm3/min g) 0.5pi dm/min h) 0, 84 dm/min i) Os barcos se aproximam a uma taxa de 172 17 km/h ( dz dt = −172 17 ) j) 3480pi m/min 44) a) (5x3 + 2x)2(x− x2)(−65x4 + 55x3 − 14x2 + 10x) b) 2 + 3x2 4 4 √ (1 + 2x+ x3)3 c) 2(x− 1)3(5 + 4x− 3x2) x2 + 2x)6 d) −2xsen(x2 + 1) e) 8x3 3 3 √ 1 + x4 f) 1√ (1 + x2)3 g) 2x 3 √ x2 + 2 ( 1 + x2 + 1 3x2 + 6 ) h) cos[sen (sen (x))] cos[sen(x)] cos(x) i) 22x ln(4) cos(3x)− 3 22xsen (3x)sen (5x)− 5 22x cos(3x) cos(5x) sen 2(5x) j) 2x cos(2x) ln(x2)− 2sen (2x) 2sen (2x)x ln2(x2) k) 4x cos(x2) cos(x+ 1)− 2sen (x2)sen (x+ 1) l) 4 √ x √ x+ √ x+ 2 √ x+ 1 8 √ x √ x+ √ x √ x+ √ x+ √ x m) 1 (x+ 1) √ x2 − 1 n) e √ x[x 3−5x 2 √ x + 3x2 − 5] o) ex cosx[cosx− xsen (x)] p) 2x + cotgx+ 1 2+2x q) 6tg (3x)sec 2(3x) 45) F ′(3) = 28 46) f”(x) = g”(x+ 2 cos(3x))(1− 6sen (3x))2 − 18 cos(3x)g′(x+ 2cos(3x)) e f”(0) = −10. 47) [senh (x)]′ = cosh(x) [cosh(x)]′ = senh (x) [tgh (x)]′ = sech2(x) [coth(x)]′ = − cosech2(x) [sech(x)]′ = − sech(x).tgh (x) [cosech(x)]′ = − cosech(x) coth(x) 48) 2 51) a) estritamente crescente em ]−∞,−] e [−1 3 ,+∞[ estritamente decrescente em [−1, 1 3 ] b) estritamente crescente em ]−∞,−] e [1,+∞[ estritamente decrescente [−1, 0[ e ]0, 1].
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