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Derivadas

Exercícios de derivação implícita resolvidos, com respostas

12 exercícios de derivação implícita com respostas e resoluções completas: circunferências, produtos, trigonométricas, exponenciais, retas tangentes e y''.

Derivadas Atualizado 4 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\big[f(y)\big] = f'(y)\,\frac{dy}{dx}
Exercícios
12, com respostas e resoluções completas
Nível
Cálculo 1 e AP Calculus AB, Unidade 3
Pré-requisitos
A regra da cadeia e a regra do produto
Ideia principal
Derive os dois lados em relação a x, coloque dy/dx em todo termo com y e depois isole dy/dx
Pratique com novos números
Lição de derivação implícita
Nesta página
  1. Exercícios
  2. Respostas
  3. Resolução passo a passo
  4. Erros comuns nestes exercícios
  5. Continue praticando

Estes exercícios de derivação implícita começam com circunferências e produtos simples, depois acrescentam funções trigonométricas e exponenciais, e terminam com retas tangentes, tangentes horizontais e uma derivada segunda. Tente cada um primeiro. As respostas vêm logo depois da lista, e em seguida as resoluções completas.

O fato principal: como y depende de x, a regra da cadeia dá

\frac{d}{dx}\big[f(y)\big] = f'(y)\,\frac{dy}{dx}

Assim, \frac{d}{dx}y^2 = 2y\frac{dy}{dx} e \frac{d}{dx}\sin y = \cos y\frac{dy}{dx}. Abaixo, y' significa \frac{dy}{dx}. Para revisar, veja a regra da derivação implícita ou o guia de derivação implícita.

Exercícios

Encontre dy/dx

  1. x^2 + y^2 = 25
  2. xy = 8
  3. \sqrt{x} + \sqrt{y} = 5
  4. x^2 + xy + y^2 = 7
  5. x^3 + y^3 = 6xy

Trigonométricas e exponenciais

  1. \tan y = x
  2. e^y = x^2 + y
  3. \cos(xy) = y

Retas tangentes e derivadas segundas

  1. Encontre a reta tangente a x^2 + y^2 = 25 em (3, -4).
  2. Encontre a reta tangente a x^2 + xy + y^2 = 7 em (1, 2).
  3. Encontre os pontos em que x^2 + xy + y^2 = 7 tem reta tangente horizontal.
  4. Encontre y'' para x^2 + y^2 = 25, apenas em função de y.

Respostas

Exercício Resposta
1 -\dfrac{x}{y}
2 -\dfrac{y}{x}
3 -\dfrac{\sqrt{y}}{\sqrt{x}}
4 -\dfrac{2x + y}{x + 2y}
5 \dfrac{2y - x^2}{y^2 - 2x}
6 \dfrac{1}{1 + x^2}
7 \dfrac{2x}{e^y - 1}
8 -\dfrac{y\sin(xy)}{1 + x\sin(xy)}
9 y = \dfrac{3}{4}x - \dfrac{25}{4}
10 y = -\dfrac{4}{5}x + \dfrac{14}{5}
11 \left(\dfrac{\sqrt{21}}{3}, -\dfrac{2\sqrt{21}}{3}\right) e \left(-\dfrac{\sqrt{21}}{3}, \dfrac{2\sqrt{21}}{3}\right)
12 -\dfrac{25}{y^3}

Resolução passo a passo

1. Derive os dois lados. O lado direito é uma constante:

2x + 2y\,y' = 0 \quad\Rightarrow\quad y' = -\frac{x}{y}

2. O lado esquerdo é um produto, então use a regra do produto:

1\cdot y + x\,y' = 0 \quad\Rightarrow\quad y' = -\frac{y}{x}

3. Escreva as raízes como potências de \frac{1}{2}:

\frac{1}{2\sqrt{x}} + \frac{1}{2\sqrt{y}}\,y' = 0 \quad\Rightarrow\quad y' = -\frac{2\sqrt{y}}{2\sqrt{x}} = -\frac{\sqrt{y}}{\sqrt{x}}

4. O termo do meio exige a regra do produto:

2x + (y + x\,y') + 2y\,y' = 0

Junte os termos com y': y'(x + 2y) = -(2x + y), então

y' = -\frac{2x + y}{x + 2y}

5. O lado direito 6xy exige a regra do produto:

3x^2 + 3y^2\,y' = 6y + 6x\,y'

Leve os termos com y' para a esquerda e o resto para a direita: y'(3y^2 - 6x) = 6y - 3x^2. Divida por 3:

y' = \frac{2y - x^2}{y^2 - 2x}

6. Derive os dois lados: \sec^2 y\cdot y' = 1, então y' = \frac{1}{\sec^2 y}. Use \sec^2 y = 1 + \tan^2 y = 1 + x^2:

y' = \frac{1}{1 + x^2}

É exatamente assim que se demonstra a derivada de arctg x, já que \tan y = x significa y = \arctan x.

7. Derive: e^y\,y' = 2x + y'. Junte os termos com y':

y'(e^y - 1) = 2x \quad\Rightarrow\quad y' = \frac{2x}{e^y - 1}

8. O lado esquerdo é uma regra da cadeia com um produto dentro:

-\sin(xy)\cdot(y + x\,y') = y'

Distribua: -y\sin(xy) - x\sin(xy)\,y' = y'. Junte os termos com y' à direita:

-y\sin(xy) = y'\big(1 + x\sin(xy)\big) \quad\Rightarrow\quad y' = -\frac{y\sin(xy)}{1 + x\sin(xy)}

9. Pelo exercício 1, y' = -\frac{x}{y}. Em (3, -4) a inclinação é -\frac{3}{-4} = \frac{3}{4}:

y + 4 = \frac{3}{4}(x - 3) \quad\Rightarrow\quad y = \frac{3}{4}x - \frac{25}{4}

10. Primeiro confira o ponto: 1 + 2 + 4 = 7. Pelo exercício 4, a inclinação em (1, 2) é

y' = -\frac{2(1) + 2}{1 + 2(2)} = -\frac{4}{5}
y - 2 = -\frac{4}{5}(x - 1) \quad\Rightarrow\quad y = -\frac{4}{5}x + \frac{14}{5}

11. Uma tangente horizontal exige y' = 0, então o numerador da resposta do exercício 4 precisa ser zero: 2x + y = 0, ou seja, y = -2x. Substitua na curva:

x^2 + x(-2x) + (-2x)^2 = 3x^2 = 7 \quad\Rightarrow\quad x = \pm\sqrt{\tfrac{7}{3}} = \pm\frac{\sqrt{21}}{3}

Então y = -2x dá os dois pontos da tabela de respostas. Nos dois pontos o denominador x + 2y = -3x não é zero, então a inclinação é de fato 0.

12. Parta de y' = -\frac{x}{y} e use a regra do quociente:

y'' = -\frac{1\cdot y - x\,y'}{y^2}

Substitua y' = -\frac{x}{y}:

y'' = -\frac{y + \frac{x^2}{y}}{y^2} = -\frac{y^2 + x^2}{y^3}

Na curva, x^2 + y^2 = 25, então y'' = -\frac{25}{y^3}.

Erros comuns nestes exercícios

  • Esquecer o y' nos termos com y. \frac{d}{dx}y^2 é 2y\,y', não 2y. Todo termo com y precisa carregar esse fator.
  • Tratar xy como uma única variável. No exercício 2, \frac{d}{dx}(xy) exige a regra do produto, o que dá dois termos.
  • Derivar a constante como se fosse algo. No exercício 1, a derivada de 25 é 0.
  • Não substituir y' na derivada segunda. No exercício 12, troque y' por -\frac{x}{y} antes de simplificar.

Continue praticando

Estes 12 exercícios usam números fixos. Para prática ilimitada com novas curvas e correção imediata, experimente a lição de derivação implícita. A derivação implícita em relação ao tempo é a principal ferramenta nos exercícios de taxas relacionadas, e é com ela que se demonstram as derivadas das funções trigonométricas inversas.

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Derivação implícita

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Perguntas frequentes

Quando usar a derivação implícita?

Use-a quando y está misturado com x e não é fácil isolar y, como em x^3 + y^3 = 6xy. Ela também funciona quando daria para isolar y, como em uma circunferência, e muitas vezes é mais rápida.

Por que multiplicamos por dy/dx na derivação implícita?

Porque y é uma função de x. Derivar y^2 em relação a x é um problema de regra da cadeia: a função de fora é um quadrado e a de dentro é y, então o resultado é 2y\cdot\frac{dy}{dx}.

Como encontrar uma reta tangente com derivação implícita?

Encontre \frac{dy}{dx} implicitamente, substitua as duas coordenadas do ponto para obter a inclinação e depois use a equação ponto-inclinação. Os exercícios 9 e 10 mostram isso.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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