Segunda derivada de $$$\tan^{2}{\left(x \right)}$$$

A calculadora encontrará a segunda derivada de $$$\tan^{2}{\left(x \right)}$$$, com os passos mostrados.

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Encontre $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right)$$$.

Solução

Encontre a primeira derivada $$$\frac{d}{dx} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right)$$$

A função $$$\tan^{2}{\left(x \right)}$$$ é a composição $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ de duas funções $$$f{\left(u \right)} = u^{2}$$$ e $$$g{\left(x \right)} = \tan{\left(x \right)}$$$.

Aplique a regra da cadeia $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right) \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Aplique a regra da potência $$$\frac{d}{du} \left(u^{n}\right) = n u^{n - 1}$$$ com $$$n = 2$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right) = {\color{red}\left(2 u\right)} \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)$$

Retorne à variável original:

$$2 {\color{red}\left(u\right)} \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right) = 2 {\color{red}\left(\tan{\left(x \right)}\right)} \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)$$

A derivada da tangente é $$$\frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right) = \sec^{2}{\left(x \right)}$$$:

$$2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)\right)} = 2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right)}$$

Logo, $$$\frac{d}{dx} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right) = 2 \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}$$$.

Em seguida, $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(2 \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\right)$$$

Aplique a regra da constante multiplicativa $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ com $$$c = 2$$$ e $$$f{\left(x \right)} = \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(2 \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} = {\color{red}\left(2 \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Aplique a regra do produto $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)} g{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right) g{\left(x \right)} + f{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$ com $$$f{\left(x \right)} = \sec^{2}{\left(x \right)}$$$ e $$$g{\left(x \right)} = \tan{\left(x \right)}$$$:

$$2 {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} = 2 {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right) \tan{\left(x \right)} + \sec^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)\right)}$$

A derivada da tangente é $$$\frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right) = \sec^{2}{\left(x \right)}$$$:

$$2 \tan{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{2}{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\tan{\left(x \right)}\right)\right)} = 2 \tan{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{2}{\left(x \right)} {\color{red}\left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right)}$$

A função $$$\sec^{2}{\left(x \right)}$$$ é a composição $$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$ de duas funções $$$f{\left(u \right)} = u^{2}$$$ e $$$g{\left(x \right)} = \sec{\left(x \right)}$$$.

Aplique a regra da cadeia $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$:

$$2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sec^{2}{\left(x \right)}\right)\right)} + 2 \sec^{4}{\left(x \right)} = 2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right) \frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right)\right)} + 2 \sec^{4}{\left(x \right)}$$

Aplique a regra da potência $$$\frac{d}{du} \left(u^{n}\right) = n u^{n - 1}$$$ com $$$n = 2$$$:

$$2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(u^{2}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{4}{\left(x \right)} = 2 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(2 u\right)} \frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{4}{\left(x \right)}$$

Retorne à variável original:

$$4 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(u\right)} \frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{4}{\left(x \right)} = 4 \tan{\left(x \right)} {\color{red}\left(\sec{\left(x \right)}\right)} \frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right) + 2 \sec^{4}{\left(x \right)}$$

A derivada da secante é $$$\frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right) = \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}$$$:

$$4 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sec{\left(x \right)}\right)\right)} + 2 \sec^{4}{\left(x \right)} = 4 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} {\color{red}\left(\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}\right)} + 2 \sec^{4}{\left(x \right)}$$

Simplifique:

$$4 \tan^{2}{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)} + 2 \sec^{4}{\left(x \right)} = \left(-4 + \frac{6}{\cos^{2}{\left(x \right)}}\right) \sec^{2}{\left(x \right)}$$

Logo, $$$\frac{d}{dx} \left(2 \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\right) = \left(-4 + \frac{6}{\cos^{2}{\left(x \right)}}\right) \sec^{2}{\left(x \right)}$$$.

Portanto, $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right) = \left(-4 + \frac{6}{\cos^{2}{\left(x \right)}}\right) \sec^{2}{\left(x \right)}$$$.

Resposta

$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\tan^{2}{\left(x \right)}\right) = \left(-4 + \frac{6}{\cos^{2}{\left(x \right)}}\right) \sec^{2}{\left(x \right)}$$$A


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