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Derivadas

Derivada pela definição: exercícios resolvidos com respostas

12 exercícios de derivada pela definição (limite) com respostas e resolução passo a passo, de funções afins a 1/x, √x e retas tangentes.

Derivadas Atualizado 4 min de leitura

Visão geral

f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}
Exercícios
12, com respostas e resoluções completas
Nível
Cálculo 1 e AP Calculus AB, unidade 2
Pré-requisitos
Desenvolver produtos notáveis, somar frações e calcular limites
Ideia principal
Monte o quociente de Newton, simplifique até cancelar o h e depois faça h tender a 0
Pratique com novos números
Lição sobre a definição de derivada
Nesta página
  1. Exercícios
  2. Respostas
  3. Resoluções passo a passo
  4. Erros comuns nestes exercícios
  5. Continue praticando

Estes exercícios de derivada pela definição começam com uma reta e uma parábola, passam por cubos, frações e raízes quadradas e terminam com retas tangentes e limites que você pode reconhecer como derivadas. Tente resolver cada um antes de ler a resolução. As respostas vêm logo depois da lista.

A definição que você usa em todos eles:

f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}

Para relembrar de onde ela vem, leia o guia sobre a definição de derivada.

Exercícios

Polinômios

  1. f(x) = 5x - 3
  2. f(x) = x^2
  3. f(x) = 3x^2 - 4x + 1
  4. f(x) = x^3

Frações e raízes

  1. f(x) = \dfrac{1}{x}
  2. f(x) = \sqrt{x}
  3. f(x) = \dfrac{1}{x + 2}
  4. f(x) = \sqrt{2x + 1}

Em um ponto e retas tangentes

  1. Use a definição para encontrar f'(3) para f(x) = x^2 + 2x.
  2. Encontre a reta tangente a f(x) = x^2 - 3x em x = 1, usando a definição para a inclinação.

Reconheça a derivada

  1. \displaystyle\lim_{h\to 0}\frac{(2+h)^4 - 16}{h}
  2. \displaystyle\lim_{h\to 0}\frac{\sin\!\left(\frac{\pi}{3} + h\right) - \sin\frac{\pi}{3}}{h}

Respostas

Exercício Resposta
1 5
2 2x
3 6x - 4
4 3x^2
5 -\dfrac{1}{x^2}
6 \dfrac{1}{2\sqrt{x}}
7 -\dfrac{1}{(x+2)^2}
8 \dfrac{1}{\sqrt{2x + 1}}
9 8
10 y = -x - 1
11 32
12 \dfrac{1}{2}

Resoluções passo a passo

1. f(x+h) = 5(x+h) - 3 = 5x + 5h - 3. Subtraia f(x):

\frac{(5x + 5h - 3) - (5x - 3)}{h} = \frac{5h}{h} = 5

Uma reta tem a mesma inclinação em todos os pontos, então f'(x) = 5.

2. Desenvolva (x+h)^2 = x^2 + 2xh + h^2:

\frac{x^2 + 2xh + h^2 - x^2}{h} = \frac{h(2x + h)}{h} = 2x + h \;\to\; 2x

3. f(x+h) = 3(x^2 + 2xh + h^2) - 4x - 4h + 1. Depois de subtrair f(x), só sobram os termos com h:

\frac{6xh + 3h^2 - 4h}{h} = 6x + 3h - 4 \;\to\; 6x - 4

4. Desenvolva (x+h)^3 = x^3 + 3x^2h + 3xh^2 + h^3:

\frac{3x^2h + 3xh^2 + h^3}{h} = 3x^2 + 3xh + h^2 \;\to\; 3x^2

5. Junte as frações sobre x(x+h):

\frac{\frac{1}{x+h} - \frac{1}{x}}{h} = \frac{x - (x+h)}{h\,x(x+h)} = \frac{-h}{h\,x(x+h)} = -\frac{1}{x(x+h)} \;\to\; -\frac{1}{x^2}

6. Multiplique o numerador e o denominador pelo conjugado \sqrt{x+h} + \sqrt{x}:

\frac{\sqrt{x+h} - \sqrt{x}}{h}\cdot\frac{\sqrt{x+h} + \sqrt{x}}{\sqrt{x+h} + \sqrt{x}} = \frac{(x + h) - x}{h\left(\sqrt{x+h} + \sqrt{x}\right)} = \frac{1}{\sqrt{x+h} + \sqrt{x}}

Quando h\to 0, isso vira \frac{1}{2\sqrt{x}}.

7. Mesma ideia do exercício 5, com denominador comum (x + h + 2)(x + 2):

\frac{(x + 2) - (x + h + 2)}{h\,(x + h + 2)(x + 2)} = -\frac{1}{(x + h + 2)(x + 2)} \;\to\; -\frac{1}{(x + 2)^2}

8. Multiplique pelo conjugado. O numerador fica (2x + 2h + 1) - (2x + 1) = 2h:

\frac{2h}{h\left(\sqrt{2x + 2h + 1} + \sqrt{2x + 1}\right)} \;\to\; \frac{2}{2\sqrt{2x + 1}} = \frac{1}{\sqrt{2x + 1}}

9. Use f'(3) = \lim_{h\to 0}\frac{f(3+h) - f(3)}{h}. Aqui f(3) = 15 e

f(3 + h) = 9 + 6h + h^2 + 6 + 2h = 15 + 8h + h^2
\frac{8h + h^2}{h} = 8 + h \;\to\; 8

10. Primeiro a inclinação em x = 1. f(1) = -2 e f(1 + h) = (1 + h)^2 - 3(1 + h) = -2 - h + h^2:

f'(1) = \lim_{h\to 0}\frac{-h + h^2}{h} = \lim_{h\to 0}(-1 + h) = -1

A reta tangente passa por (1, -2) com inclinação -1:

y + 2 = -(x - 1) \quad\Rightarrow\quad y = -x - 1

11. Isso corresponde a \frac{f(a + h) - f(a)}{h} com f(x) = x^4 e a = 2, já que 2^4 = 16. Então o limite é f'(2), e pela regra da potência, f'(x) = 4x^3 dá f'(2) = 32.

12. Isso corresponde a f(x) = \sin x em a = \frac{\pi}{3}. A derivada de \sin x é \cos x, então o limite é \cos\frac{\pi}{3} = \frac{1}{2}.

Erros comuns nestes exercícios

  • Escrever f(x+h) como f(x) + h. No exercício 2, (x+h)^2 é x^2 + 2xh + h^2, e não x^2 + h.
  • Perder um sinal na subtração. Coloque f(x) entre parênteses antes de subtrair, principalmente no exercício 3, em que ela tem três termos.
  • Fazer h\to 0 cedo demais. Substituir h = 0 antes de cancelar dá \frac{0}{0}. Cancele o h primeiro.
  • Desenvolver o conjugado no denominador. Nos exercícios 6 e 8, deixe o denominador fatorado. Só o numerador precisa ser simplificado.

Continue praticando

Estes 12 exercícios usam números fixos. Para praticar sem limite, com novas funções e correção na hora, faça a lição sobre a definição de derivada e a lição sobre retas tangentes. Quando a definição estiver firme, o atalho é a regra da potência: pratique com os exercícios de regra da potência.

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A definição por limite

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Perguntas frequentes

O que é a definição de derivada por limite?

É f'(x) = \lim_{h\to 0}\frac{f(x+h) - f(x)}{h}, o limite das inclinações das retas secantes quando o segundo ponto desliza até o primeiro. Quando esse limite existe, ele é a inclinação da reta tangente em x.

Por que aparece 0/0 na definição de derivada?

Porque o numerador f(x+h) - f(x) e o denominador h tendem a 0. Isso sempre acontece com uma função contínua, então é preciso simplificar e cancelar o fator h antes de fazer h\to 0.

Como reconhecer uma derivada escrita como limite?

Compare com \lim_{h\to 0}\frac{f(a+h) - f(a)}{h}. No exercício 11, \frac{(2+h)^4 - 16}{h} segue esse padrão com f(x) = x^4 e a = 2, então o limite é f'(2) = 32.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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