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Regra da Cadeia

Diferenciando funções compostas.

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Core idea

Overview

A Regra da Cadeia é uma fórmula fundamental no cálculo usada para encontrar a derivada de uma função composta. Ela estabelece que a derivada de uma função aninhada é o produto da derivada da função externa e da derivada da função interna.

When to use: Aplique esta regra quando precisar diferenciar uma função que é composta por outras funções, frequentemente descrita como uma função dentro de uma função. É necessária para expressões envolvendo potências de polinômios, funções trigonométricas com argumentos complexos, ou funções exponenciais onde o expoente é outra função.

Why it matters: Esta regra é a base para muitos conceitos matemáticos avançados, incluindo o algoritmo de retropropagação usado para treinar redes neurais em inteligência artificial. Em física e engenharia, ela permite a análise de taxas relacionadas, como a forma como o volume de uma esfera muda ao longo do tempo conforme seu raio se expande.

Symbols

Variables

= Total Derivative, = Outer Derivative, = Inner Derivative

Total Derivative
Variable
Outer Derivative
Variable
Inner Derivative
Variable

Walkthrough

Derivation

Compreendendo a Regra da Cadeia

A regra da cadeia diferencia uma função composta multiplicando a derivada da função externa pela derivada da função interna.

  • y depende de u e u depende de x.
  • Ambas as funções são diferenciáveis.
1

Introduzir uma Variável Interna:

Representar a função interna como u para separar a composta em duas etapas.

2

Declarar a Regra da Cadeia:

Diferenciar a externa em relação a u, depois multiplicar pela derivada de u em relação a x.

Note: Uma intuição útil é que as mudanças em x afetam u, que por sua vez afeta y, de modo que a taxa geral se multiplica.

Result

Source: AQA A-Level Mathematics — Pure (Differentiation)

Free formulas

Rearrangements

Solve for

Isolar dydu

Rearranje a equação para isolar dydu.

Difficulty: 2/5

Solve for

Isolar dudx

Rearranje a equação para isolar dudx.

Difficulty: 2/5

The static page shows the finished rearrangements. The app keeps the full worked algebra walkthrough.

Why it behaves this way

Intuition

Imagine uma cadeia de eventos onde uma pequena mudança em 'x' primeiro causa uma mudança em escala em 'u', e então essa mudança em 'u' causa outra mudança em escala em 'y'; a mudança total em 'y' em relação a 'x' é o produto dessas sensibilidades locais.

Term
A taxa instantânea na qual a variável de saída 'y' muda em relação a uma mudança na variável independente 'x'.
Quão sensível 'y' é às mudanças em 'x' diretamente, representando a taxa geral de mudança.
Term
A taxa instantânea na qual a saída da função externa 'y' muda em relação a uma mudança em seu imediato entrada 'u'.
Quão sensível é a 'camada externa' da função às mudanças no que ela recebe diretamente como entrada.
Term
A taxa instantânea na qual a saída 'u' da função intermediária muda em relação a uma mudança em sua entrada 'x'.
Quão sensível é a 'camada interna' da função às mudanças em sua própria entrada 'x'.

Free study cues

Insight

Canonical usage

Usada para garantir consistência dimensional ao calcular derivadas de funções compostas, em que as unidades da derivada da função externa multiplicadas pelas unidades da derivada da função interna devem

One free problem

Practice Problem

Em um exercício de cálculo envolvendo uma função composta, você determina que a derivada da função externa em relação à sua variável interna é 5, e a derivada dessa variável interna em relação a x é 4. Calcule a derivada total dy/dx.

Hint: A Regra da Cadeia afirma que a derivada total é o produto das derivadas externa e interna.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

No caso de rate of reaction dependent on temperature dependent on time, Chain Rule é utilizado para calcular Total Derivative from Outer Derivative and Inner Derivative. O resultado importa porque ajuda a conectar o cálculo com a forma, a taxa, a probabilidade ou a restrição no modelo.

Study smarter

Tips

  • Identifique claramente a função 'interna' (u) e a função 'externa' (y) antes de começar.
  • Diferencie a camada externa mantendo a camada interna inalterada, depois multiplique pela derivada interna.
  • Trabalhe sistematicamente da camada mais externa para a camada mais interna em composições aninhadas.

Avoid these traps

Common Mistakes

  • Esquecer a derivada interna.
  • Somar em vez de multiplicar.

Common questions

Frequently Asked Questions

A regra da cadeia diferencia uma função composta multiplicando a derivada da função externa pela derivada da função interna.

Aplique esta regra quando precisar diferenciar uma função que é composta por outras funções, frequentemente descrita como uma função dentro de uma função. É necessária para expressões envolvendo potências de polinômios, funções trigonométricas com argumentos complexos, ou funções exponenciais onde o expoente é outra função.

Esta regra é a base para muitos conceitos matemáticos avançados, incluindo o algoritmo de retropropagação usado para treinar redes neurais em inteligência artificial. Em física e engenharia, ela permite a análise de taxas relacionadas, como a forma como o volume de uma esfera muda ao longo do tempo conforme seu raio se expande.

Esquecer a derivada interna. Somar em vez de multiplicar.

No caso de rate of reaction dependent on temperature dependent on time, Chain Rule é utilizado para calcular Total Derivative from Outer Derivative and Inner Derivative. O resultado importa porque ajuda a conectar o cálculo com a forma, a taxa, a probabilidade ou a restrição no modelo.

Identifique claramente a função 'interna' (u) e a função 'externa' (y) antes de começar. Diferencie a camada externa mantendo a camada interna inalterada, depois multiplique pela derivada interna. Trabalhe sistematicamente da camada mais externa para a camada mais interna em composições aninhadas.

References

Sources

  1. Wikipedia: Chain rule
  2. Calculus (8th ed.) by James Stewart
  3. Stewart, James. Calculus: Early Transcendentals. Cengage Learning.
  4. Thomas, George B., et al. Thomas' Calculus. Pearson Education.
  5. Thomas' Calculus, 14th Edition, George B. Thomas, Maurice D. Weir, Joel Hass
  6. Calculus, 8th Edition, James Stewart
  7. AQA A-Level Mathematics — Pure (Differentiation)