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Dois jovens matemáticos discutem a derivada de funções inversas.

Confira este diálogo entre dois estudantes de cálculo (baseado em uma história real):

Devyn
Riley, tenho uma pergunta de cálculo.
Riley
Manda.
Devyn
Qual é a derivada de \(\arctan (x)\)?
Riley
Hmmm…ainda não falamos sobre isso na nossa aula.
Devyn
Eu sei! Mas talvez a gente consiga descobrir.
Riley
Bem, \[ \arctan (x) = \tan ^{-1}(x) \] e agora podemos usar a regra da cadeia para calcular a derivada \begin{align*} \ddx \tan ^{-1}(x) &= -\tan ^{-2}(x)\sec ^2(x)\\ &= -\frac {\cos ^2x}{\sin ^2x}\cdot \frac {1}{\cos ^2x}\\ &= \frac {-1}{\sin ^2x}\\ &= -\csc ^2x \end{align*}
Devyn
Mas isso está certo?

Vamos ver se conseguimos descobrir se Devyn e Riley estão certos. Comece olhando para um gráfico de \(\theta = \arctan (x)\):

Seja \(f(x) = \arctan (x)\). Use o gráfico para determinar o(s) intervalo(s) em que a função \(f\) é crescente.

Pelo gráfico, parece que a função \(f\) é crescente no intervalo \[ \left (\class{xm-given}{-\infty },\class{xm-given}{\infty }\right ) \]

Por outro lado,

Qual é o sinal de \(f'(x)= - \csc ^2 (x)\) no intervalo \((0,\pi )\)?
positivo negativo
Complete a frase abaixo:

Como o sinal de \(f'(x)= - \csc ^2 (x)\) no intervalo \((0,\pi )\) é

positivo negativo
a função \(f\) deve ser
crescente no intervalo \((0, \pi )\) decrescente no intervalo \((0, \pi )\)

À luz dos problemas acima, é possível que \[ \ddx \arctan (x) = -\csc ^2(x)? \]

sim não
Quando nossos amigos escreveram \(\arctan (x) = \tan ^{-1}(x)\), o que eles acham que o “\(-1\)” representa? Eles estão certos?
Riley acha que podemos usar a regra da potência no \(-1\), o que nos diz que os estudantes estão usando \(-1\) como expoente da função tangente. No entanto, no caso de funções inversas como \(\arctan (x)\), o \(-1\) não é um expoente.