Somas, Produtos, Recíprocos

Sejam f ( x ) e g ( x ) funções que possuem derivadas f'(x) e $g'(x)). Procuremos a derivada da função $f(x) + g(x) . O quociente diferencial apropriado é</p> ___MATH_BLOCK_0___<p>Quando h \to 0$, o primeiro termo tende a $f'(x)$, o segundo a $g'(x)$, e a soma a $f'(x) + g'(x) . Isso nos dá a regra</p> ___MATH_BLOCK_1___<p>Agora seja c$ um número, e forme a função $cf(x) . Seu quociente diferencial é</p> ___MATH_BLOCK_2___<p>Quando h \to 0$, isso tende a $cf'(x) , o que nos dá a regra</p> ___MATH_BLOCK_3___<p>Com base nas regras (*) e (**) e nos exemplos (b) e (c), estamos prontos para calcular a derivada de qualquer <strong>polinômio</strong>, ou seja, qualquer função da forma a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \dots + a_1 x + a_0$, onde $a_0, a_1, \dots, a_n$ são números e $n$ é um inteiro positivo. Pois por b), a derivada de $a_0 é 0 , e p o r c ) e ( ) , a d e a_i x^i é i a_i x^{i-1}$ para $1 \le i \le n . Assim, podemos encontrar a derivada de cada termo da soma. De (*) vemos que a derivada de uma soma de <strong>dois</strong> termos é a soma de suas derivadas. Segue-se para <strong>três</strong> termos, uma vez que</p> ___MATH_BLOCK_4___<p>Note que simplesmente usamos (*) duas vezes. Uma repetição mostra que a regra vale para quatro termos, e assim por diante para qualquer número desejado. Esta é uma ocasião para o uso do <strong>princípio da indução</strong>, sobre o qual diremos mais na próxima seção. Portanto, mostramos que se</p> ___MATH_BLOCK_5___<p>então</p> ___MATH_BLOCK_6___<p>Assim, podemos derivar qualquer polinômio.</p> <div class="highlight"><p><strong>OBSERVAÇÃO.</strong> O procedimento pelo qual a regra para polinômios foi derivada merece alguma análise. Conhecendo apenas as derivadas das potências x^k d e x , k$ um inteiro $\ge 0 , f o m o s c a p a z e s d e d e t e r m i n a r a d e r i v a d a d e q u a l q u e r c o m b i n a ç ã o d e s t a s c o m c o e f i c i e n t e s c o n s t a n t e s . I s s o f o i r e a l m e n t e u m a c o n s e q u ê n c i a d a s r e g r a s ( ) e ( ) . A p r o p r i e d a d e e x p r e s s a p o r e s s a s r e g r a s é c h a m a d a d e < s t r o n g > l i n e a r i d a d e < / s t r o n g > d a d i f e r e n c i a ç ã o . E m g e r a l , u m a o p e r a ç ã o r e a l i z a d a s o b r e f u n ç õ e s é c h a m a d a < s t r o n g > l i n e a r < / s t r o n g > s e o r e s u l t a d o d e a p l i c á l a à s o m a d e d u a s f u n ç õ e s é o m e s m o q u e f o r m a r a s o m a d o s r e s u l t a d o s d e a p l i c á l a à s d u a s f u n ç õ e s s e p a r a d a m e n t e , e s e o r e s u l t a d o d e a p l i c á l a a u m m ú l t i p l o c o n s t a n t e d e u m a f u n ç ã o é a m e s m a c o n s t a n t e v e z e s o r e s u l t a d o d e a p l i c á l a à f u n ç ã o . E s s a p r o p r i e d a d e é m u i t o i m p o r t a n t e n a m a t e m á t i c a , e v e r e m o s m a i s o c o r r ê n c i a s d e l a à m e d i d a q u e a v a n ç a r m o s . < / p >< / d i v >< p > A g o r a c o n s i d e r e a f u n ç ã o f(x)g(x) . Seu quociente diferencial é</p> ___MATH_BLOCK_7___<p>e não há uma maneira óbvia e direta de atacar isso. Portanto, devemos recorrer a meios um tanto indiretos, introduzindo um truque que é frequentemente útil. Se o quociente diferencial fosse</p> ___MATH_BLOCK_8___<p>ele pelo menos conteria uma expressão cujo <strong>limite</strong> reconhecemos. Mas se tivéssemos usado este no lugar do quociente diferencial original, teríamos que corrigi-lo adicionando a diferença entre eles, ou seja,</p> ___MATH_BLOCK_9___<p>Mas quando h \to 0$, as quantidades envolvidas se aproximam das expressões indicadas pelas setas abaixo delas. A única questão questionável aqui pode ser $f(x+h) \to f(x) ; i s s o e x p r e s s a u m a p r o p r i e d a d e c h a m a d a < s t r o n g > c o n t i n u i d a d e < / s t r o n g > , q u e é p o s s u í d a p o r t o d a s a s f u n ç õ e s q u e t ê m d e r i v a d a s , e p o r m u i t a s o u t r a s t a m b é m . I s s o s e r á d i s c u t i d o m a i s d e t a l h a d a m e n t e n o p r ó x i m o p a r á g r a f o . A s s i m , a e x p r e s s ã o i n t e i r a s e a p r o x i m a d e f(x)g'(x) + f'(x)g(x) , e temos a regra</p> ___MATH_BLOCK_10___<p>Uma função f(x) é c h a m a d a < s t r o n g > c o n t í n u a e m < / s t r o n g > x_0$ se, sempre que $x$ está próximo de $x_0 , e n t ã o f(x)$ está próximo de $f(x_0) , ou, em outras palavras, se</p> ___MATH_BLOCK_11___<p>Agora suponha que f'(x_0) existe. Então</p> ___MATH_BLOCK_12___<p>onde \epsilon(h) \to 0$ quando $h \to 0 , e</p> ___MATH_BLOCK_13___<p>Quando h \to 0 , as setas indicam os limites no lado direito. Assim</p> ___MATH_BLOCK_14___<p>ou</p> ___MATH_BLOCK_15___<p>Portanto: </p> <div class="highlight"><p>Se f'(x_0)$ existe, então $f(x)$ é contínua em $x_0 . < / p >< / d i v >< p > E m s e g u i d a , c o n s i d e r e a f u n ç ã o \frac{1}{f(x)}$, onde $f(x) nunca é zero. O quociente diferencial é</p> ___MATH_BLOCK_16___<p>Quando h \to 0$, isso se aproxima de

- \frac{f'(x)}{\left(f(x)\right)^2} ,

da maneira indicada pelas setas. Portanto, derivamos

\bbox[5px,border:1px solid black;background-color:#f2f2f2]{\left(\frac{1}{f(x)}\right)' = - \frac{f'(x)}{\left(f(x)\right)^2}.}\tag{****}

Segue-se que

\begin{aligned} \left(\frac{f(x)}{g(x)}\right)' &= \left( f(x) \cdot \frac{1}{g(x)} \right)' \\[6pt] &= f(x) \cdot \left( - \frac{g'(x)}{(g(x))^2} \right) + f'(x) \cdot \frac{1}{g(x)} , \end{aligned}

ou

\left( \frac{f(x)}{g(x)} \right)' = \frac{g(x)f'(x) - f(x)g'(x)}{(g(x))^2} .