Exercício Resolvido de Derivadas de Funções
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e)   \( \displaystyle y=\operatorname{sen}^{2}x \)

\[ \bbox[#99CCFF,10px] {f´(x)=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}}} \]
Temos   \( f(x+\Delta x)=\operatorname{sen}^{2}(x+\Delta x) \)   e   \( f(x)=\operatorname{sen}^{2}x \)
\[ y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}(x+\Delta x)-\operatorname{sen}^{2}(x)}{\Delta x}} \]
Lembrando da Trigonometria
\[ \bbox[#99CCFF,10px] {\operatorname{sen}(a+b)=\operatorname{sen}a\cos b+\operatorname{sen}b\cos a} \]
\[ y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{(\operatorname{sen}x\cos\Delta x+\operatorname{sen}\Delta x\cos x)^{2}-\operatorname{sen}^{2}(x)}{\Delta x}} \]
Lembrando dos Produtos Notáveis
\[ \bbox[#99CCFF,10px] {(a+b)^{2}=a^{2}+2ab+b^{2}} \]
\[ y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}x\cos^{2}\Delta x+2\operatorname{sen}x\cos \Delta x\operatorname{sen}\Delta x\cos x+\operatorname{sen}^{2}\Delta x\cos^{2}x-\operatorname{sen}^{2}x}{\Delta x}} \]
colocando −sen2x em evidência
\[ y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{-\operatorname{sen}^{2}x(1-\cos^{2}\Delta x)+2\operatorname{sen}x\cos \Delta x\operatorname{sen}\Delta x\cos x+\operatorname{sen}^{2}\Delta x\cos^{2}x}{\Delta x}} \]
usando
\[ \begin{gather} \operatorname{sen}^{2}x+\cos^{2}x=1\\ \operatorname{sen}^{2}x=1-\cos^{2}x \end{gather} \]
\[ y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{-\operatorname{sen}^{2}x\operatorname{sen}^{2}\Delta x+2\operatorname{sen}x\cos \Delta x\operatorname{sen}\Delta x\cos x+\operatorname{sen}^{2}\Delta x\cos^{2}x}{\Delta x}} \]
o limite da soma é a soma dos limites
\[ \begin{align} y'=\lim_{\Delta x\rightarrow 0} &{\frac{-\operatorname{sen}^{2}x\operatorname{sen}^{2}\Delta x}{\Delta x}}+\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{2\operatorname{sen}x\cos \Delta x\operatorname{sen}\Delta x\cos x}{\Delta x}}+\\ & +\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}\Delta x\cos^{2}x}{\Delta x}} \end{align} \]
no primeiro e no terceiro termos multiplicamos o numerador e o denominador por Δx e colocamos os termos que não dependem de Δx para fora dos limites
\[ \begin{align} y'=-\operatorname{sen}^{2}x\; &\lim_{\Delta x\rightarrow 0} {\frac{\operatorname{sen}^{2}\Delta x}{\Delta x}.\frac{\Delta x}{\Delta x}}+2\operatorname{sen}x\cos x\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\cos \Delta x\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}+\\ & +\cos^{2}x\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}\Delta x}{\Delta x}.\frac{\Delta x}{\Delta x}} \end{align} \]
o limite do produto é o produto dos limites
\[ \begin{align} y'= & -\operatorname{sen}^{2}x\;\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}\Delta x}{\Delta x^{2}}\Delta x}\right)+2\operatorname{sen}x\cos x\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\cos \Delta x}\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)+\\ & +\cos^{2}x\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}^{2}\Delta x}{\Delta x^{2}}\Delta x}\right)\\[5pt] y'= & -\operatorname{sen}^{2}x\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0} {\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)^{2}\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\Delta x}\right)+2\operatorname{sen}x\cos x\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\cos \Delta x}\right)\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)+\\ & +\cos^{2}x\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)^{2}\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\Delta x}\right) \end{align} \]
usando o Limite Fundamental
\[ \bbox[#99CCFF,10px] {\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}x}{x}}=1} \]
\[ \begin{align} y'= &-\operatorname{sen}^{2}x{\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)}_{1}}^{2}\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{0}\right)}_{0}+2\operatorname{sen}x\cos x\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\cos 0}\right)}_{1}\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)}_{1}+\\ & +\cos^{2}x{\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{\frac{\operatorname{sen}\Delta x}{\Delta x}}\right)}_{1}}^{2}\underbrace{\left(\lim_{\Delta x\rightarrow 0}{0}\right)}_{0}\\[5pt] & \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \quad y'=2\operatorname{sen}x\cos x \end{align} \]
\[ \bbox[#FFCCCC,10px] {y'=2\operatorname{sen}x\cos x} \]
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