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Derivadas trigonométricas

Derivada de cos²x: fórmula, demonstração e exemplos

A derivada de cos²x é -2 sen x cos x, que é igual a -sen 2x. Veja a demonstração pela regra da cadeia, a conferência por identidade e exemplos.

Derivadas trigonométricas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\,\cos^2 x = -2\sin x\cos x = -\sin 2x
Derivada
-2\sin x\cos x
Simplificada
-\sin 2x
Com a regra da cadeia
\dfrac{d}{dx}\cos^2 u = -2\cos u\sin u\cdot u'
Não é o mesmo que
\cos(x^2), cuja derivada é -2x\sin(x^2)
Integral de cos²x
\int\cos^2 x\,dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin 2x}{4} + C
Nesta página
  1. Gráfico de cos²x e de sua derivada
  2. Demonstração pela regra da cadeia
  3. Conferência com uma identidade de redução de potência
  4. Conferência com sen²x
  5. Variações com a regra da cadeia
  6. Exemplos resolvidos
  7. Onde você vai encontrá-la
  8. Erros comuns

A derivada de \cos^2 x é -2\sin x\cos x, que é o mesmo que -\sin 2x.

\frac{d}{dx}\,\cos^2 x = -2\sin x\cos x = -\sin 2x

Gráfico de cos²x e de sua derivada

Gráfico de y = cos²x e de sua derivada y = -sen 2x
\cos^2 x começa no seu pico, 1, quando x = 0, e desce. Sua derivada -\sin 2x é negativa enquanto ela desce e positiva enquanto ela sobe.

Demonstração pela regra da cadeia

\cos^2 x significa (\cos x)^2. A função de fora é o quadrado e a de dentro é \cos x. Com a regra da cadeia e a derivada de cos x:

\frac{d}{dx}(\cos x)^2 = 2\cos x\cdot(-\sin x) = -2\sin x\cos x

Como 2\sin x\cos x = \sin 2x, isso é -\sin 2x.

Conferência com uma identidade de redução de potência

Use \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2}:

\frac{d}{dx}\left(\frac{1}{2} + \frac{1}{2}\cos 2x\right) = \frac{1}{2}\cdot(-2\sin 2x) = -\sin 2x

Conferência com sen²x

Como \cos^2 x = 1 - \sin^2 x, sua derivada tem de ser 0 - \sin 2x, a oposta da derivada de sen²x. Os dois gráficos são simétricos em relação à reta y = \frac{1}{2}, então suas inclinações são sempre opostas.

Variações com a regra da cadeia

\frac{d}{dx}\cos^2 u = -2\cos u\sin u\cdot u' = -\sin(2u)\cdot u'
Função Derivada Simplificada
\cos^2(4x) -8\cos 4x\sin 4x -4\sin 8x
\cos^2(x^2) -4x\cos(x^2)\sin(x^2) -2x\sin(2x^2)
\cos^2(\pi x) -2\pi\cos(\pi x)\sin(\pi x) -\pi\sin(2\pi x)

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: um valor. Em x = \frac{\pi}{6}, a inclinação é -\sin\frac{\pi}{3} = -\frac{\sqrt{3}}{2} \approx -0.866.

Exemplo 2: uma potência maior. \frac{d}{dx}\cos^3 x = 3\cos^2 x\cdot(-\sin x) = -3\cos^2 x\sin x.

Exemplo 3: um produto. \frac{d}{dx}\left(x\cos^2 x\right) = \cos^2 x - x\sin 2x.

Exemplo 4: onde a curva é plana? -\sin 2x = 0 quando x = \frac{k\pi}{2}. Nos múltiplos pares de \frac{\pi}{2}, \cos^2 x = 1 (picos). Nos múltiplos ímpares, \cos^2 x = 0 (vales).

Onde você vai encontrá-la

A função \cos^2 x aparece na física e na engenharia sempre que algo é elevado ao quadrado depois de uma onda cosseno. A potência de uma corrente alternada é proporcional a \cos^2(\omega t), e a intensidade da luz polarizada que atravessa um filtro segue \cos^2\theta. Em cada caso a derivada diz com que rapidez essa grandeza varia. Como o resultado se simplifica para -\sin 2x, a taxa de variação é ela mesma uma onda simples, duas vezes mais rápida que o cosseno original. Escrever a resposta nessa forma curta também facilita encontrar onde a inclinação é zero, positiva ou negativa.

Erros comuns

  1. Perder o sinal de menos. É a derivada de dentro, -\sin x, que o traz.
  2. Responder 2\cos x ou -\sin^2 x. Nenhuma das duas aplica a regra da cadeia corretamente.
  3. Confundir \cos^2 x com \cos(x^2). \frac{d}{dx}\cos(x^2) = -2x\sin(x^2).

A integral de \cos^2 x usa a mesma identidade, veja a integral de cos²x.

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Perguntas frequentes

Qual é a derivada de cos²x?

É -2\sin x\cos x, que se simplifica para -\sin 2x.

Qual é a derivada de cos²(2x)?

Pela regra da cadeia, 2\cos(2x)\cdot(-\sin(2x))\cdot 2 = -4\sin(2x)\cos(2x) = -2\sin(4x).

Por que aparece um sinal de menos?

A derivada da função de dentro é \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x. O sinal de menos vem daí.

Qual é a derivada de cos²x - sen²x?

Como \cos^2 x - \sin^2 x = \cos 2x, a derivada é -2\sin 2x. Termo a termo, -\sin 2x - \sin 2x dá o mesmo.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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