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Derivadas das trigonométricas inversas

Derivada de arctg x: fórmula, demonstração e exemplos

A derivada de arctg x é 1/(1 + x²). Veja a demonstração a partir de tg y = x, exemplos com a regra da cadeia como arctg(2x) e arctg(x²) e o gráfico.

Derivadas das trigonométricas inversas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\,\arctan x = \frac{1}{1 + x^2}
Derivada
\dfrac{1}{1 + x^2} para todo x real
Com a regra da cadeia
\dfrac{d}{dx}\arctan u = \dfrac{u'}{1 + u^2}
Domínio de arctg x
todos os números reais
Imagem de arctg x
\left(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right)
Versão para integrais
\int \frac{1}{1 + x^2}\,dx = \arctan x + C
Nesta página
  1. Gráfico de arctg x e de sua derivada
  2. Demonstração da derivada de arctg x
  3. Versão com a regra da cadeia: derivada de arctg(u)
  4. Exemplos resolvidos
  5. Erros comuns

A derivada de \arctan x é \dfrac{1}{1 + x^2}. Ao contrário do arcsen e do arccos, não há raiz quadrada nem restrição de domínio: a fórmula vale para todo número real.

\frac{d}{dx}\,\arctan x = \frac{1}{1 + x^2}

Gráfico de arctg x e de sua derivada

Gráfico de y = arctg x e de sua derivada y = 1/(1 + x²)
O arco tangente sobe mais rápido na origem, com inclinação 1, e depois se estabiliza em direção às assíntotas horizontais y = \pm\frac{\pi}{2}.

A derivada é uma curva em forma de sino, sempre positiva, então \arctan x é sempre crescente. Como a derivada tende a 0 nas duas extremidades, o gráfico fica cada vez mais plano em direção a \pm\frac{\pi}{2}.

Demonstração da derivada de arctg x

Seja y = \arctan x, então \tan y = x com -\frac{\pi}{2} < y < \frac{\pi}{2}. Derive os dois lados com derivação implícita, usando a derivada de tg x:

\sec^2 y \cdot \frac{dy}{dx} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sec^2 y}

A identidade pitagórica \sec^2 y = 1 + \tan^2 y transforma isso em uma expressão em x:

\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + \tan^2 y} = \frac{1}{1 + x^2}

Desta vez não é preciso escolher sinal, já que 1 + x^2 é sempre positivo.

Versão com a regra da cadeia: derivada de arctg(u)

Com a regra da cadeia:

\frac{d}{dx}\arctan u = \frac{u'}{1 + u^2}
Função Função de dentro u Derivada
\arctan(2x) 2x \frac{2}{1 + 4x^2}
\arctan(x^2) x^2 \frac{2x}{1 + x^4}
\arctan(e^x) e^x \frac{e^x}{1 + e^{2x}}
\arctan(\sqrt{x}) \sqrt{x} \frac{1}{2\sqrt{x}(1 + x)}
\arctan\!\left(\frac{x}{a}\right) \frac{x}{a} \frac{a}{a^2 + x^2}

A última linha fornece a integral padrão \int \frac{dx}{a^2 + x^2} = \frac{1}{a}\arctan\frac{x}{a} + C.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: arctg de 1/x. Para x \ne 0,

\frac{d}{dx}\arctan\frac{1}{x} = \frac{-1/x^2}{1 + 1/x^2} = \frac{-1}{x^2 + 1}

Isso é o oposto da derivada do arctg, então \arctan x + \arctan\frac{1}{x} é constante de cada lado de 0. Vale \frac{\pi}{2} para x > 0 e -\frac{\pi}{2} para x < 0.

Exemplo 2: regra do produto. Para f(x) = x\arctan x:

f'(x) = \arctan x + \frac{x}{1 + x^2}

Exemplo 3: reta tangente. Em x = 1, \arctan 1 = \frac{\pi}{4} e a inclinação é \frac{1}{2}. A reta tangente é y = \frac{\pi}{4} + \frac{1}{2}(x - 1).

Erros comuns

  1. Escrever \sec^2 x. Essa é a derivada de \tan x, não de \arctan x.
  2. Escrever \frac{1}{1 + x}. O x está ao quadrado. Confira: em x = 1 a inclinação tem de ser \frac{1}{2}.
  3. Esquecer de elevar ao quadrado toda a função de dentro. \arctan(3x) dá 1 + 9x^2, não 1 + 3x^2.
  4. Confundir com \frac{1}{\tan x} = \cot x. \tan^{-1} x é a função inversa.

Lida de trás para frente, esta derivada fornece a integral de 1/(1 + x²). A própria integral de arctg x usa integração por partes. Veja também a função arco tangente e os exercícios de derivadas de trigonométricas inversas.

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Perguntas frequentes

Qual é a derivada de arctg x?

A derivada de \arctan x (também escrito \tan^{-1} x) é \frac{1}{1 + x^2}.

Qual é a derivada de arctg(2x)?

Pela regra da cadeia, é \frac{2}{1 + (2x)^2} = \frac{2}{1 + 4x^2}.

Qual é a derivada de arctg(x²)?

A derivada da função de dentro é 2x, então a resposta é \frac{2x}{1 + x^4}.

Qual é a integral de 1/(1 + x²)?

É \arctan x + C. É a derivada de \arctan x lida de trás para frente.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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