Cálculo de derivadas

Matemáticas. Regla de la cadena. Propiedades de la diferencial. Función constante, lineal, potencial, exponencial, inversa. Curvas. Trigonometría. Operaciones con funciones. Seno. Coseno. Tangente. Secante. Cosecante. Cotangente. Arcos

  • Enviado por: Lucy Villate
  • Idioma: castellano
  • País: Guatemala Guatemala
  • 27 páginas

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DERIVADA DE UNA FUNCION.- Introducción.-

Se abre aquí el estudio de uno de los conceptos fundamentales del cálculo diferencial: la derivada de una función.

En este tema, además de definir tal concepto, se mostrará su significado y se hallarán las derivadas de las funciones más usuales. Es de capital importancia dominar la derivación para después poder abordar el trazado de curvas, así como para comprender la utilidad del cálculo integral, que se estudiarán a continuación.
La noción de derivada es históricamente anterior al concepto de límite aunque actualmente se estudie aquélla inmediatamente después de éste, por razones que serán fácilmente comprensibles.

La derivada de una función en un punto x0 surge del problema de calcular la tangente a la gráfica de la función en el punto de abscisa x0, y fue Fermat el primero que aportó la primera idea al tratar de buscar los máximos y mínimos de algunas funciones. En dichos puntos las tangentes han de ser paralelas al eje de abscisas, por lo que el ángulo que forman con éste es de cero grados. En estas condiciones, Fermat buscaba aquellos puntos en los que las tangentes fueran horizontales 

DERIVADA DE UNA FUNCION EN UN PUNTO

Sea una función y = f(x) y x0 un punto del eje X. Si se toma un punto x0 + h muy próximo a x0 (h es un número infinitamente pequeño), a medida que se hace tender h a cero, la recta secante (en rojo de la figura) que une los puntos
( x0,   f(x0 ) ) y ( x0 + h,    f(x0 + h) ), tiende a confundirse con la tangente (en azul de la figura) a la curva en el punto (x0,f(x0 )).

'Calculo de derivadas'

que determina la tangente con ese mismo eje, en el triángulo rectángulo de vértices

(x0,f(x0 )), (x0 + h,f(x0 + h)) y (x0 + h,f(x0 )), se verifica:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Al hacer tender h a cero, y puesto que la secante tiende a confundirse con un segmento
de la tangente, es decir, si miras la figura, al hacer que h tienda a cero la línea roja se acerca a la línea azul

por lo que:
tg ah   tiende a tg a, es decir, 
a la pendiente de la tangente a la curva en el punto (x0,f(x0 )).
Esto se expresa matemáticamente así:

NOTA: Es importante que entiendas esto, pues es el núcleo por  
el que después entenderás otros conceptos,  
si no es así, dímelo
'Calculo de derivadas'

Derivada de una función en un punto

Dada una función y = f(x), se llama derivada de la función f en un punto x0 al

'Calculo de derivadas'

f '(x0 ) (efe prima de equis sub-cero) o por D(f(x0 )):
'Calculo de derivadas'

Cuando este límite existe (y es finito) se dice que la función f(x) es derivable en el punto x0.

Significado de la derivada

Puesto que
'Calculo de derivadas'

la derivada de la función en un punto x0 no es otra cosa que la pendiente de la tangente a la curva (gráfica de la función) en (x0, f(x0 )).
 

Calcular la derivada de la función f(x) = 3x + 5 en el punto de abscisa x = 1.
Resolución:
Se pide el valor de f '(1) (en este caso, x0 = 1).

'Calculo de derivadas'

 'Calculo de derivadas'

 Por tanto, f '(1) = 3.

Calcular la derivada de la función

f(x) = 'Calculo de derivadas'
en el punto 2.

Resolución:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 'Calculo de derivadas'
  (conjugado del numerador)

'Calculo de derivadas'

Recordando que suma por diferencia es igual a la diferencia de los cuadrados: 'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 
 

Ejercicio: cálculo de la ecuación de la tangente a una función en un punto

Calcular la ecuación de la tangente a la curva f(x) = x2 en el punto de abscisa 2.

Resolución:

La tangente pasa por el punto (2, f(2)) = (2,4).

La pendiente (m) de la tangente a la curva en el punto de abscisa 2 es, por definición, f '(2), luego la ecuación de la recta es de la forma
y - y0 = m (x - x0)
y - 4 = f '(2) (x - 2).

'Calculo de derivadas'

 La ecuación de la tangente es entonces
y - 4 = 4(x - 2)
y - 4 = 4x - 8

4x - y - 4 = 0.

Ejercicio: estudio de la derivabilidad de una función en un punto

Estudiar la derivabilidad de la función f(x) definida por
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

  Resolución:

a) Derivabilidad en x1 = 1.
Se han de considerar dos casos:
1º Lo que pasa a la derecha de este punto, para ello consideraremos h>0
Si h > 0, lógicamente  (x1 + h) = 1 + h > 1 y en este caso estamos muy cerca del punto azul del figura pero a la derecha, por lo que la función es la línea recta roja  f(x) = x. Por tanto:
f (1) = 1 y   f (1+h) = 1 + h
  'Calculo de derivadas'

Este límite es el «límite por la derecha» e indica que la tangente a la derecha de 1 tiene por pendiente 1.
2º Lo que pasa a la izquierda de este punto, para ello consideraremos h<0
Si h < 0, lógicamente (x1 + h) = 'Calculo de derivadas'
< 1 y en este caso estamos muy cerca del punto azul del figura pero a la izquierda, (por lo que la función es la línea azul  f(x) = x2. Por tanto:
f (1) = 1 y
f (1+h) = (1 + h)2 = 1 + 2h + h2
'Calculo de derivadas'

Este límite es el «límite por la izquierda» e indica que la tangente a la izquierda de 1 tiene por pendiente 2.

Al no coincidir los límites a derecha e izquierda de 1, no existe tal límite y, por tanto, la función f(x) no es derivable en x = 1.

b) Derivabilidad en x = 0.

En este caso no es necesario considerar h > 0 y h < 0 ya que en las proximidades de cero
(h es muy pequeño) la función es f(x) = x2.

'Calculo de derivadas'

 El límite existe y es cero, luego f(x) es derivable en x0 = 0 y la pendiente de la tangente es cero (paralela al eje de abcisas).
 

Estudiar la derivabilidad de la función
f (x) = |x| (valor absoluto de x) definida por'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

 

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

Al no coincidir los límites a derecha e izquierda de 0, la función f (x) = |x| no es derivable en dicho punto.

¿Cuándo hay que considerar límites a derecha e izquierda al calcular la derivada de una función en un punto?

Si al dibujar la curva se observa que en el punto considerado ésta cambia bruscamente de dirección, es necesario considerar límites a derecha e izquierda, puesto que, en este caso, la tangente no se comporta de igual modo y se «quiebra».

Consecuencias de la definición de derivada en un punto

1. Si existe la derivada de una función f(x) en un punto (x0, f(x0)), existen las derivadas a derecha e izquierda de x0 y tienen que ser iguales; de lo contrario no existiría f'(x0 ).

Puede ocurrir, no obstante, que existiendo las derivadas a derecha e izquierda éstas sean distintas. En este caso no existe la tangente en (x0, f(x0 )), sino dos semirrectas, cada una tangente a uno de los arcos en que el citado punto divide a la curva. Los puntos en que esto ocurre se llaman puntos angulosos.

  Los puntos x1 de la primera figura y x0 de la segunda que hemos estudiado son puntos angulosos: la curva cambia bruscamente de dirección en ellos. La función correspondiente no es derivable en las abscisas de dichos puntos.

No es difícil, consecuentemente, imaginar la gráfica de una función que no sea derivable en muchos e, incluso, infinitos puntos.

Tangente a una curva en un punto

El concepto de derivada facilita la definición de tangente a una curva en un punto como el límite de una secante que pasa por él y por otro punto cualquiera de la curva cuando éste último, recorriendo la curva, tiende a coincidir con el primero.

Propiedad

Si una función es derivable en un punto, necesariamente es continua en él.

Demostración:

Sea una función y = f(x) derivable en un punto x0. Para probar que la función es continua en él, es preciso demostrar que

'Calculo de derivadas'

o lo que es equivalente, que

'Calculo de derivadas'

Veamos, si la expresión f(x0 + h) - f(x0) la multiplicamos y dividimos por h

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

aqui vemos que el primer término del producto anterior es precisamente la derivada de f(x) en el punto x0, ( recordar que partímos de la tesis que f(x) es derivable) es decir vale f ' (x0) y el segundo término vale 0 pues es el límite de h cuando h tiende a cero.-
Así pues tenemos que:

'Calculo de derivadas'

Esta propiedad evita el trabajo de estudiar la derivabilidad de una función en un punto donde ésta no sea continua.

Por el contrario, puede darse el caso de una función continua en todos los puntos y no ser derivable en alguno, e incluso infinitos puntos. Valga como ejemplo la función |x|, que siendo continua en todos los puntos de la recta real, no es derivable, como ya se ha comprobado, en el origen.

Derivada de una función constante

Sea una función constante f(x) = C.

Su gráfica es, como se sabe, una recta paralela al eje de abscisas. Puesto que para cualquier valor de la abscisa su ordenada correspondiente es, constantemente, igual a C, si a es un punto cualquiera del campo de definición de f(x),

                            f(a + h) - f(a) = C - C = 0, por lo que
'Calculo de derivadas'

Luego la derivada de una constante es siempre cero.
'Calculo de derivadas'

Derivada de la función lineal mx + b

Sea una función lineal cualquiera f(x) = mx + b. Para un punto cualquiera x,
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
lo cual significa que la derivada de una recta coincide con la pendiente de ella misma y, en consecuencia, la tangente en un punto a una recta es la propia recta.
'Calculo de derivadas'

Derivada de una constante por una función, k · f(x)

Si k es una constante y f(x) una función, la derivada de la nueva función k · f(x) será:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Se ha demostrado que (k · f(x))' = k · f'(x) Así, para derivar una expresión de la forma
k · f(x), basta derivar la función f(x) y multiplicar después por la constante k.

Derivada de la función potencia xm (m un número natural)

Para calcular la derivada de la función f(x) = xm, m > 0, hay que evaluar el cociente
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Tomando límites cuando h --> 0,

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

sumandos tiende a cero (su límite es cero).
Se concluye que
'Calculo de derivadas'

Ejercicio: cálculo de derivadas

Calcular la derivada de f(x) = x2 en el punto de abscisa - 1.

Resolución:

f '(x) = 2 · x2 - 1 = 2 x

             f '(- 1) = 2 · (- 1) = - 2

Entonces, la pendiente de la tangente a la parábola y = x2 en x = - 1 es - 2.
 

Derivadas de las funciones trigonométricas sen x y cos x

La derivada de la función f(x) = sen x es f '(x) = cos x

La derivada de la función g(x) = cos x es g '(x) = - sen x

Si necesitas las demostraciones dímelo.

Derivada de la función logaritmo neperiano ln |x|

Puesto que el logaritmo está definido sólo para valores positivos y distintos de cero, es necesario considerar el logaritmo del valor absoluto de x.

Para calcular la derivada de esta función se han de considerar dos casos, x > 0 y x < 0:

a) Si x es positivo, aun tomando h negativo, x + h es positivo si se toman valores de h suficientemente pequeños, lo cual es posible pues se va a calcular el límite cuando h tiende a cero. En estas condiciones 'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
Por tanto, si x > 0
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

b) Si x es negativo, aun tomando h positivo y suficientemente pequeño, x + h sigue siendo negativo y |x + h| = - (x + h) y |x| = - x.

'Calculo de derivadas'

Como se aprecia, se llega a la misma expresión que en el caso anterior y la demostración se continuaría de forma idéntica.
'Calculo de derivadas'

Derivadas de las funciónes exponenciales ax y ex

Sea la función y = ax, siendo a una constante positiva distinta de 1. La derivada de esta función en un punto x es:

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

y se toman logaritmos neperianos:
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

Luego:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

En particular, cuando la constante a es el número e, la derivada de la función ex es

                                    (ex )' = ex · ln e = ex · 1 = ex

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Hasta el momento se saben derivar algunas funciones elementales pero no hay nada que permita encontrar las derivadas de una suma, un producto o un cociente de estas derivadas; se requiere, por consiguiente, seguir avanzando en la obtención de propiedades encaminadas a este fin.
 

Operaciones con funciones

Hay que recordar cómo se definen la suma, el producto y el cociente de funciones. Si f y g son dos funciones definidas en un mismo intervalo (en caso contrario, alguna de estas operaciones podría no estar definida),
'Calculo de derivadas'

Función suma de f y g como la nueva función f + g: [a,b] ---> R,

                                             (f + g) (x) = f(x) + g(x)

Función producto de f y g como la función f ·g: [a,b] ---> R,

                                              (f · g) (x) = f(x) · g(x)

'Calculo de derivadas'

siempre que g(x) distinto de 0 para todo x del intervalo.

Derivada de una suma de funciones

Si f y g son dos funciones derivables en un mismo punto x de un intervalo, la derivada de la función suma en dicho punto se obtiene calculando
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

La derivada de una suma es igual a la suma de las derivadas.
                                      [f(x) + g(x)] ' = f '(x) + g '(x)

Derivada de una diferencia de funciones

                     f - g = f + (- g), por lo que [f(x) + (- g(x))]' = f'(x) + (- g(x))'
Pero - g(x) = (- 1) · g(x) y la derivada de una constante por una función es igual al producto de la constante por la derivada de la función:

                             [- g(x)]' = [(- 1) · g(x)]' = (- 1) · g'(x) = - g'(x)
 

En consecuencia,

                                           [f(x) - g(x)]' = f'(x) - g'(x)
 

Ejercicio: cálculo de derivadas

Calcular la derivada de la función f(x) = x - cos x

Resolución:
'Calculo de derivadas'

 

Calcular la derivada de f(x) = x3 - sen x + ln|x| en el punto x = -p/3.

Resolución:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Derivada de un producto de funciones

Sean f y g dos funciones definidas y derivables en un mismo punto x.
'Calculo de derivadas'

Si se suma y se resta en el numerador f(x) · g(x + h), la fracción anterior no varía,
'Calculo de derivadas'
Sacando g(x + h) factor común en los dos primeros sumandos, y f(x) en los otros dos, 'Calculo de derivadas'
 'Calculo de derivadas'

 Si ahora se toman límites cuando h tiende a cero,
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 'Calculo de derivadas'

Ejercicio: cálculo de derivadas

Hallar la derivada de h(x) = x · ln x para cualquier x positivo.

Resolución:

'Calculo de derivadas'

 

'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

Derivada de un cociente de funciones

Considérense, como en los casos precedentes, dos funciones f y g definidas y derivables en un punto x. Además, en este caso, se tiene que imponer la condición de que la función g no se anule en x.
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Si en la segunda fracción se suma y se resta al numerador f(x) · g(x), se obtiene:

'Calculo de derivadas'

Sacando factor común g(x) en los dos primeros sumandos de la segunda fracción, y f(x) en los dos últimos,
 

'Calculo de derivadas'

Por último, se toman límites cuando h tiende a cero notando que:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

En definitiva,

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 

Ejercicio: cálculo de derivadas

'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

Derivada de la función tg x

'Calculo de derivadas'

si f(x) = sen x,    f ' (x) = cos x
si g(x) = cos x,  g ' (x) = - sen x

Aplicando la fórmula de la derivada de un cociente,

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Por tanto,

'Calculo de derivadas'

 

Derivada de la función sec x

'Calculo de derivadas'

Si f(x) = 1,            f ' (x) = 0
Si g(x) = cos x,   g ' (x) = - sen x

Por la fórmula de la derivada de un cociente,

'Calculo de derivadas'

                                          (sec x)' = sec x · tg x

Derivada de la función cosec x

'Calculo de derivadas'

Si f(x) = 1,            f ' (x) = 0
Si g(x) = sen x,   g ' (x) = cos x
Por la derivada de un cociente,

'Calculo de derivadas'

 (cosec x)' = - cosec x · cotg x  

Derivada de la función cotg x

'Calculo de derivadas'

Si f(x) = cos x,    f ' (x) = - sen x
Si g(x) = sen x,  g ' (x) = cos x
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Por tanto,
'Calculo de derivadas'

 

Ejercicio: cálculo de derivadas

'Calculo de derivadas'

Resolución:

Llamando f(x) = x cos x - 2,
f ' (x) = 1 · cos x + x · (- sen x) = cos x - x sen x
(la derivada de 2 es cero por ser una constante)

 Si g(x) = x2,   g ' (x) = 2 x

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Resolución:

Si f(x) = x tg x - cos x,
f ' (x) = 1 · tg x + x (1 + tg2x) - (- sen x) = = tg x + x (1 + tg2x) + sen x

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

A pesar de contar ya con un número estimable de propiedades para el cálculo de derivadas, hay funciones elementales, como 'Calculo de derivadas'
, para las que no se conoce ningún procedimiento para la obtención de su derivada. Para seguir avanzando por este camino se hace imprescindible conocer una de las propiedades más fundamentales y útiles de la derivación, aunque no se hará su demostración. Se la conoce como derivada de una función compuesta o regla de la cadena.

REGLA DE LA CADENA
 
Esta propiedad asegura que si y = f(x) es una función derivable en un cierto intervalo I,

 'Calculo de derivadas'

y z = g(y) es otra función derivable y definida en otro intervalo que contiene a todos los valores (imágenes) de la función f,

'Calculo de derivadas'

entonces la función compuesta
'Calculo de derivadas'

definida por (g o f) (x) = g[f(x)], es derivable en todo punto x de I y se obtiene

'Calculo de derivadas'

Ejemplo: cálculo de derivadas
 

Calcular la derivada de la función h(x) = sen x2.

Resolución:

La función sen x2 es una función compuesta de otras dos f(x) = x2  y g(x) = sen x.

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Al ser g(x) = sen x, g ' (x) = cos x,
por tanto g ' [ f(x) ] = cos f(x) = cos x2

'Calculo de derivadas'

 Por la regla de la cadena,

h ' (x) = g ' [ f(x) ] · f ' (x) = 2x cos x2

'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

De g(x) = x3, se deduce
g ' (x) = 3x2. En consecuencia,

 'Calculo de derivadas'

 
'Calculo de derivadas'

Por la regla de la cadena,
'Calculo de derivadas'

 

Regla de la cadena para la función potencial

 

Se sabe que la derivada de una función f(x) = xm es f'(x) = m · xm - 1.

Si en lugar de x se tuviese una función u(x), la derivada de u(x)m 'Calculo de derivadas'
 
aplicando la regla de la cadena, será:     [u(x)m] ' = m · u(x)m - 1 · u'(x)

Para simplificar la notación, y a partir de ahora, se escribirá simplemente u en lugar de u(x).

Así, 'Calculo de derivadas'
 

Ejercicio: cálculo de derivadas

Calcular la derivada de f(x) = (x2 + 1)3.

Resolución:

Si u = x2 + 1, u' = 2x

En este caso m = 3

f '(x) = 3 (x2 + 1)2 · 2x = 6x (x2 + 1)2
 

Regla de la cadena para la función logaritmo neperiano

Si en la derivada de logaritmo neperiano se sustituye x por una función de x, u(x), en virtud de la regla de la cadena se tiene que

'Calculo de derivadas'

Ejercicio: cálculo de derivadas
 'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

Se calcula u' aplicando la derivada de un cociente:
'Calculo de derivadas'

Se aplica la regla de la cadena:
'Calculo de derivadas'

2.- Hallar la derivada de f(x) = ln |sen x |

Resolución:
u = sen x; u' = cos x
'Calculo de derivadas'

Regla de la cadena para las funciones exponenciales

Si en lugar de x se tuviese una función u(x), por la regla de la cadena se tiene que para una
función f(x) = au y para otra g(x) = eu,

                                   f'(x) = (au ) ' = u' · au · ln a

                                         g'(x) = (eu ) ' = u' · eu

Ejercicio: cálculo de derivadas

1 Calcular la derivada de f(x) = 4x sen x

Resolución:

Llamando u = x · sen x,     u' = 1 · sen x + x cos x

                        f '(x) = (4x sen x ) ' = (sen x + x cos x) · 4x sen x · ln 4

'Calculo de derivadas'

Resolución:
'Calculo de derivadas'

 

Regla de la cadena para las funciones trigonométricas
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

Ejercicio: cálcular la derivada

Calcular la derivada de f(x) = sen(sen x)

Resolución:

Si u = sen x, u' = cos x

f '(x) = (sen(sen x))' = u' · cos u =
cos x · cos(sen x)

Hallar la derivada de g(x) = sec (x2 - 1)

Resolución:

u = x2 - 1; u' = 2x

g '(x) = (sec(x2 - 1))' = u' · sec u · tg u =

2x · sec(x2 - 1) · tg(x2 - 1)

Calcular la derivada de h(x) = sen3x2

Resolución:

Llamando u = sen x2, hay que derivar
sen3x2 = u3.

Por la regla de la cadena, la derivada de u3 es (u3 )' = 3 · u2 · u'

Llamando v = x2; u = sen v.

u' = v' · cos v = 2x · cos x2

Finalmente, h'(x) = (sen3x2)' = 3u2 · u' =
3 · sen2x2 · 2x · cos x2 =
= 6x · sen2x2 · cos x2

Para calcular la derivada de una función que es inversa de otra, es necesario conocer un importante resultado, aunque se evita hacer su demostración.

Derivada de la función inversa

Si una función y = f(x) admite una función
inversa - 1 y la función f(x) es derivable
en un punto x0, entonces la función - 1 es derivable en el punto f(x0).

En virtud de este teorema, la función x1/n es derivable por ser la función inversa de xn:

'Calculo de derivadas'

 

Como consecuencia, al ser la función xm derivable para cualquier número entero m, como ya se ha visto, la función xm/n es derivable por ser composición de dos funciones derivables:
'Calculo de derivadas'

 

Derivada de la función x1/n

Sea u = x1/n; elevando a n, un = x.

Derivando ambos miembros se observa que
'Calculo de derivadas'

Despejando u',

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 

Derivada de la función xm/n

Sea f(x) = xm/n
Se eleva a n, f(x)n = xm
Se deriva:

'Calculo de derivadas'

Pero f(x)n - 1 = (xm/n )n - 1

'Calculo de derivadas'

Regla de la cadena para las funciones u1/n y um/n

Si en las dos funciones anteriores se tiene una función dependiente de la variable x, u(x), en lugar de la función x, se obtienen las siguientes derivadas:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 

Para obtener estas igualdades, basta aplicar la regla de la cadena.

Ejercicio: cálculo de derivadas
'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

 Se trata de calcular una derivada de la forma u1/2.

Si u = x2 + sen x, u' = 2x + cos x

Obsérvese que en este caso n = 2
 

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Resolución:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

FUNCIONES TRIGONOM. INVERSAS

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
distintos en [- 1, 1]. 'Calculo de derivadas'

la función seno. En estas condiciones se puede definir la aplicación inversa de f(x) = sen x, llamada «arco-seno» y que se simboliza por arc sen x.
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

x ---> f (x) = sen x ---> f-1
[f (x)] = f-1 (sen x) = arc sen (sen x) = x

Derivada de la función arc sen x

Si y = arc sen x = f - 1(x), aplicando f,
f(y) = f ( f - 1(x)) = x, es decir, sen y = x.

'Calculo de derivadas'

De la conocida fórmula sen2 y + cos2 y = 1, cos2 y = 1 - sen2 y --->

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Derivada de la función arc cos x

Análogamente, la función cos x tiene una función inversa llamada «arco-coseno» y se simboliza por arc cos x.

De y = arc cos x se deduce x = cos y. Derivando por la regla de la cadena,
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

 

Derivada de la función arc tg x

La inversa de la función tg x se llama «arco-tangente» y se simboliza por arc tg x.

y = arc tg x,  x = tg y. Derivando por la regla de la cadena,
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Derivada de la función arc cotg x

La inversa de la función cotg x se llama «arco-cotangente» y se simboliza por arc cotg x.
Si y = arc cotg x,  x = cotg y. Derivando esta igualdad por la regla de la cadena,
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Derivada de la función arc sec x

Análogamente a los casos anteriores, sec x tiene una función inversa llamada «arco secante» y simbolizada por arc sec x.

y = arc sec x,  x = sec y. Derivando por la regla de la cadena,

         1 = y' · sec y · tg y = y' · x · tg y  (1)

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Derivada de la función arc cosec x
Siguiendo los mismos pasos que en el caso anterior,
           y = arc cosec x,  x = cosec y
Derivando: 1 = - y' · cosec y · cotg y = - y' · x · cotg y  (1)

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
 

REGL. CADENA TRIG. INVERSAS
 
Si en cada una de las funciones anteriores se tuviese una función de x, u(x), en lugar de la función x, las derivadas de las nuevas funciones compuestas se convierten, por la regla de la cadena en:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Ejercicio: cálculo de derivadas
 

'Calculo de derivadas'

Resolución:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Resolución:

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Resolución:
'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Resolución:
'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

Sea una función y = f(x). Dado un punto de abscisa x, se le dota de un pequeñísimo incremento (aumento) h y se encuentra un punto x + h.

Se traza la tangente a la curva en el punto de abscisa x, y desde x + h se levanta una paralela al eje de ordenadas hasta cortar a la curva y a la tangente.

'Calculo de derivadas'
'Calculo de derivadas'
Diferencial de una función en un punto
 

Se define diferencial de una función y = f(x) en un punto x, y se simboliza por dy ó df(x), al producto f'(x) · h. Por tanto,

dy = df(x) = f'(x) · h

Propiedades de la diferencial

Primera propiedad:

La diferencial de una función en un punto depende de dos variables: el punto x elegido y el incremento h que se ha tomado.

Segunda propiedad:

Al ser dy = f ' (x)·h =  , la diferencia de una función en un punto es el incremento  (aumento) de la ordenada de la tangente al aumentar en h un punto de abscisa x.

Tercera propiedad:

Si se considera la función y = f(x) = x, df(x) = dx = f'(x) · h = 1 · h = h. Así, dx = h y

'Calculo de derivadas'

Cuarta propiedad:

'Calculo de derivadas'

cuando h es infinitamente pequeño, el cociente dy es prácticamente igual a

'Calculo de derivadas'

'Calculo de derivadas'

cuando h es muy pequeño, con la seguridad de que el error cometido será mínimo.
 

Ejercicio: cálculos aproximados utilizando la diferencial

Un móvil se mueve según la relación s = 5t2 + t, donde s representa el espacio recorrido medido en metros y t el tiempo medido en segundos.

Se quiere saber los metros que recorre el móvil en el tiempo comprendido entre
'Calculo de derivadas'

Resolución:

Diferenciando la expresión s = 5t2 + t,

          ds = (10t + 1) · dt

'Calculo de derivadas'

Sustituyendo en la expresión de ds,

'Calculo de derivadas'

En la figura se observa que en realidad recorre algo más de 23,66 metros:

'Calculo de derivadas'

Se ha cometido un error de
24,18 m - 23,66 m = 52 cm

Calcular 3,052.

Resolución:
Para encontrar un resultado aproximado de 3,052 se considera la función y = x2.

Diferenciando esta función, dy = 2x dx.

Por la proximidad de 3,05 a 3 (5 centésimas) se calculará la diferencial en
el punto de abscisa x = 3 y se llevará a la expresión de dy.

En este caso dx = 3,05 - 3 = 0,05

dyx = 3 = 2 · 3 · 0,05 = 0,30

Por tanto, aproximadamente,
3,052 = 9 + 0,30 = 9,30.

Si se calcula con exactitud el valor de 3,052 se obtiene 9,3025. Se observa que se ha cometido un error de 9,3025 - 9,30 = 0,0025, ¡ 25 diezmilésimas !  

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