Cosmetics on the derivative of ax^n.

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@ -2488,7 +2488,8 @@ como desejado.
\end{proof}
\begin{remark*}
Relevante é o Teorema Binomial.
Relevante é o Teorema Binomial porque ele expandes esses binômios $(a
+ b)^n$ pra gente.
\end{remark*}
%% \begin{remark*}
@ -2509,53 +2510,58 @@ Relevante é o Teorema Binomial.
%% \end{table}
%% \end{remark*}
Outro fato é que $ax^n$ tem derivada $anx^{n - 1}$. É um exercício
interessante provar esse fato por dois ângulos diferentes, que são as
definições de derivada que temos. Uma diz que
f'(x) = \lim \fr{f(x + h) - f(x)}{h}
sendo $h \to 0$ e a outra diz que
f'(x) = \lim \fr{f(x) - f(c)}{x - c}
com $x \to c$. Ambas são equivalentes, como sabemos, e obter a
derivada por ambas nos dá a informação de que às vezes é mais fácil
trabalhar com uma do que com a outra. Por exemplo, a derivada de
$ax^n$ é
\begin{theorem*}
A derivada de $ax^n$ é $an x^{n - 1}$.
\end{theorem*}
\begin{proof}
É um exercício interessante provar esse fato por dois ângulos
diferentes, que são as definições de derivada que temos. Uma diz que
%
$$f'(x) = \lim_{h \to 0} \fr{f(x + h) - f(x)}{h}$$
%
e a outra diz que
%
$$f'(x) = \lim_{x \to c} \fr{f(x) - f(c)}{x - c}.$$
%
Ambas são equivalentes, como sabemos, e obter a derivada por ambas nos
dá a informação de que às vezes é mais fácil trabalhar com uma do que
com a outra. Por exemplo, a derivada de $ax^n$ é
%
\begin{align*}
f'(x) &= \lim \fr{a(x + h)^n - ax^n}{h}\\
&= a \lim \fr{x^n + C(n,1)x^{n-1}h + C(n,2)x^{n-2}h^2 + ... + C(n,n)h^n - ax^n}{h}\\
&= a \lim \fr{\cancel{x^n} + C(n,1)x^{n-1}h + C(n,2)x^{n-2}h^2 + ... + C(n,n)h^n - \cancel{ax^n}}{h}\\
&= a \lim \fr{x^n + C(n,1)x^{n-1}h + C(n,2)x^{n-2}h^2 + \cdots + C(n,i)x^{n-i}h^i + \cdots + C(n,n)h^n - x^n}{h}\\
&= a \lim \fr{\cancel{x^n} + C(n,1)x^{n-1}h + C(n,2)x^{n-2}h^2 + \cdots + C(n,i)x^{n-i}h^i + \cdots + C(n,n)h^n - \cancel{x^n}}{h}\\
&= a \lim \left(\fr{C(n,1)x^{n-1}h}{h} + \fr{C(n,2)x^{n-2}h^2}{h} + \cdots + \fr{C(n,i)x^{n-i}h^i}{h} + \cdots + \fr{C(n,n)h^n}{h}\right)\\
&= a n x^{n - 1},
\end{align*}
%
como desejado. Já usando a outra definição, estamos interessados em
%
\begin{align*}
f'(x) &= \lim \fr{ax^n - ac^n}{x - c}\\
&= a \lim \fr{x^n - c^n}{x - c}\\
f'(x) = \lim \fr{ax^n - ac^n}{x - c} = a \lim \fr{x^n - c^n}{x - c}
\end{align*}
%
e vamos ter que computar uma divisão de polinômios. A divisão de $x^n
- c^n$ por $x - c$ resulta no quociente $x^{n - 1} + c x^{n - 2} + c^2
x^{n - 3} + ... + c^i x^{n - (i + 1)} + ... + c^{n - 1}$. O padrão é
mais facilmente compreendido se você dividir $x^3 - c^3$ por $x - c$ e
depois $x^4 - c^4$ por $x - c$. Feita a divisão, temos uma função
contínua em toda a linha real e daí obtemos
- c^n$ por $x - c$ resulta no quociente $$x^{n - 1} + c x^{n - 2} +
c^2 x^{n - 3} + ... + c^i x^{n - (i + 1)} + ... + c^{n - 1}.$$ O
padrão é mais facilmente compreendido se você dividir $x^3 - c^3$ por
$x - c$ e depois $x^4 - c^4$ por $x - c$. Feita a divisão, temos uma
função contínua em toda a linha real e daí obtemos
%
\begin{align*}
f'(x) &= a \lim \fr{x^n - c^n}{x - c}\\
&= a (x^{n - 1} + c x^{n - 2} + c^2 x^{n - 3} + \cdots + c^i x^{n - (i + 1)} + ... + c^{n - 1})\\
&= a (c^{n - 1} + c c^{n - 2} + c^2 c^{n - 3} + \cdots + c^i c^{n - (i + 1)} + ... + c^{n - 1})\\
&= a (x^{n - 1} + c x^{n - 2} + c^2 x^{n - 3} + \cdots + c^i x^{n - (i + 1)} + \cdots + c^{n - 1})\\
&= a (c^{n - 1} + c c^{n - 2} + c^2 c^{n - 3} + \cdots + c^i c^{n - (i + 1)} + \cdots + c^{n - 1})\\
&= a (c^{n - 1} + c^{n - 1} + \cdots + c^{n - 1})\\
&= a n c^{n - 1}.
\end{align*}
%
Note que temos $n$ termos $c^{n - 1}$ porque o contador vai de $n - 1$
a zero. Obtemos assim a mesma derivada, mas por percursos algébricos
diferentes, sendo o segundo menos óbvio que o primeiro.
a zero. Por fim, como o ponto $x = c$ é um ponto arbitrário, podemos
reescrever $$f'(x) = a n x^{n - 1}.$$ Obtemos assim a mesma derivada,
mas por percursos algébricos diferentes, sendo o segundo menos óbvio
que o primeiro (em nossa humilde opinião).
\end{proof}
\begin{theorem*}[regra da soma]
Se $f$ e $g$ são deriváveis, então
@ -2580,9 +2586,9 @@ como desejado.
A regra do produto é mais envolvente. Stewart oferece uma analogia
que é bem útil. Suponha que $f$ e $g$ sejam sempre positivas, o que
nos permite pensar em $fg$ como uma área, como uma a área de um
retângulo. É uma analogia pra dar um sentido geométrico à variação
$\Delta (fg)$ e nos ajudar a escrever a prova do fato.
nos permite pensar em $fg$ como a área de um retângulo. É uma
analogia pra dar um sentido geométrico à variação $\Delta (fg)$ e nos
ajudar a escrever a prova do fato.
\begin{theorem*}[regra do produto]
Se $u = f(x)$ e $v = g(x)$ são diferenciáveis, então
@ -2700,7 +2706,7 @@ tangentes e coloque $x = 0$, obtendo
\end{align*}
%
o que nos revela que as tangentes relativas aos pontos $x = - 1/2$ e
$x = 1/2$ são perpendiculares se encontram no eixo $y$. Elas têm
$x = 1/2$ são perpendiculares e se encontram no eixo $y$. Elas têm
inclinação $-1$ e $1$, logo quando $x=0$, obtemos $y = - 1/4$, como
desejado.
\end{exercise*}
@ -2709,7 +2715,7 @@ desejado.
Considere a hipérbole $xy = c$. Marque qualquer ponto na curva.
Trace a reta tangente à curva ao ponto. Essa reta forma um triângulo
retângulo sendo os eixos $x, y$ os catetos. Mostre que a coordenada
$x$ do ponto é o ponto médio entre a origem a inserseção entre a reta
$x$ do ponto é o ponto médio entre a origem a intersecção entre a reta
tangente e eixo $x$. Em seguida, mostre que a área do triângulo é uma
constante~\cite[exercício~76, seção~3.1]{calculo}.
%