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Derivadas trigonométricas

Derivada de sen(x²): fórmula, demonstração e exemplos

A derivada de sen(x²) é 2x cos(x²). Veja a regra da cadeia passo a passo, a diferença para sen²x, a derivada segunda e exemplos resolvidos.

Derivadas trigonométricas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\,\sin(x^2) = 2x\cos(x^2)
Derivada
2x\cos(x^2)
Fora e dentro
De fora \sin u, de dentro u = x^2
Derivada segunda
2\cos(x^2) - 4x^2\sin(x^2)
Não é o mesmo que
\sin^2 x, cuja derivada é \sin 2x
Integral
\int\sin(x^2)\,dx não tem primitiva elementar
Nesta página
  1. Gráfico de sen(x²) e de sua derivada
  2. Demonstração pela regra da cadeia
  3. sen(x²) versus sen²x
  4. Exemplos resolvidos
  5. Identificando a função de fora e a de dentro
  6. Erros comuns

A derivada de \sin(x^2) é 2x\cos(x^2). Este é um problema clássico de regra da cadeia: o seno está por fora e x^2 está por dentro.

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

Gráfico de sen(x²) e de sua derivada

Gráfico de y = sen(x²) e de sua derivada y = 2x cos(x²)
As ondas de \sin(x^2) ficam mais próximas à medida que \lvert x\rvert cresce, então as inclinações ficam mais acentuadas. O fator 2x na derivada registra isso.

Ao contrário de \sin x, esta função não é periódica. Ela acelera à medida que você se afasta de 0, e a derivada cresce aproximadamente como 2x.

Demonstração pela regra da cadeia

Faça u = x^2, então y = \sin u. Assim

\frac{dy}{du} = \cos u, \qquad \frac{du}{dx} = 2x

Multiplique:

\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du}\cdot\frac{du}{dx} = \cos u\cdot 2x = 2x\cos(x^2)

A função de dentro x^2 é copiada sem mudança para o cosseno. A derivada da função de dentro, 2x, vai para a frente. Os dois ingredientes são a derivada de sen x e a derivada de x².

sen(x²) versus sen²x

Estas duas são fáceis de confundir e têm derivadas diferentes:

Função Significado Derivada
\sin(x^2) seno de x^2 2x\cos(x^2)
\sin^2 x (\sin x)^2 2\sin x\cos x = \sin 2x
\sin 2x seno de 2x 2\cos 2x

Em x = 1, por exemplo, \sin(1) \approx 0.841 enquanto \sin^2(1) \approx 0.708. Veja a derivada de sen²x e a derivada de sen 2x.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: uma constante dentro. \frac{d}{dx}\sin(3x^2) = \cos(3x^2)\cdot 6x = 6x\cos(3x^2).

Exemplo 2: um valor. Em x = \sqrt{\pi}, x^2 = \pi e \cos\pi = -1, então a inclinação é 2\sqrt{\pi}\cdot(-1) = -2\sqrt{\pi} \approx -3.54.

Exemplo 3: um produto. Com a regra do produto:

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

Exemplo 4: derivada segunda. Derive 2x\cos(x^2) com a regra do produto:

\frac{d}{dx}\left(2x\cos(x^2)\right) = 2\cos(x^2) + 2x\cdot\left(-2x\sin(x^2)\right) = 2\cos(x^2) - 4x^2\sin(x^2)

Exemplo 5: outras potências. \frac{d}{dx}\sin(x^3) = 3x^2\cos(x^3) e \frac{d}{dx}\cos(x^2) = -2x\sin(x^2).

Identificando a função de fora e a de dentro

A parte mais difícil deste problema é lê-lo corretamente. Pergunte-se qual operação você faria por último se substituísse um número. Para \sin(x^2) com x = 3, você eleva ao quadrado primeiro e obtém 9, depois calcula o seno. O último passo, o seno, é a função de fora. O primeiro passo, elevar ao quadrado, é a de dentro. Essa ordem diz exatamente como aplicar a regra da cadeia. O mesmo teste funciona para qualquer composição: o que acontece por último é derivado primeiro, e o resto entra multiplicando como derivada de dentro.

Erros comuns

  1. Esquecer o 2x. \cos(x^2) sozinho é só a derivada de fora.
  2. Mudar a função de dentro. Escrever 2x\cos x ou \cos 2x perde o x^2.
  3. Ler como \sin^2 x. Confira os parênteses antes de começar.

Aplicar a regra da cadeia ao contrário é a integração por substituição: \int 2x\cos(x^2)\,dx = \sin(x^2) + C. Pratique mais com os exercícios de regra da cadeia.

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Regra da cadeia: trigonometria

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Perguntas frequentes

Qual é a derivada de sen(x²)?

É 2x\cos(x^2). A derivada de fora é \cos(x^2) e a derivada de dentro é 2x.

Qual é a diferença entre sen(x²) e sen²x?

Em \sin(x^2) você eleva x ao quadrado primeiro e depois calcula o seno. Em \sin^2 x = (\sin x)^2 você calcula o seno primeiro e depois eleva ao quadrado. Suas derivadas são 2x\cos(x^2) e 2\sin x\cos x.

Qual é a derivada de sen(3x²)?

É 6x\cos(3x^2), já que a derivada de 3x^2 é 6x.

Qual é a integral de sen(x²)?

Ela não tem fórmula em termos de funções elementares. Define a integral de Fresnel e costuma ser calculada numericamente. Por outro lado, \int 2x\cos(x^2)\,dx = \sin(x^2) + C por substituição.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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