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Reglas de diferenciación
La diferenciación es uno de los conceptos más básicos del cálculo. Nos ayuda a encontrar la tasa de cambio de una función en un punto dado. La belleza de la diferenciación radica en su practicidad: se utiliza en muchos campos como la física, la ingeniería, la economía, la estadística y más. Esta lección cubrirá importantes reglas de diferenciación, respaldando cada una con explicaciones, ejemplos y representaciones visuales.
Regla de la potencia
La regla de la potencia es la regla más simple y comúnmente utilizada en la diferenciación. Afirma que para cualquier función de la forma ( f(x) = ax^n ), donde ( a ) es una constante y ( n ) es un número entero positivo, la derivada ( f'(x) ) se da por:
f'(x) = anx^{n-1}
Veamos un ejemplo:
Ejemplo: Encuentra la derivada de ( f(x) = 3x^4 ).
Solución:
f(x) = 3x^4 f'(x) = 3 * 4 * x^{4-1} f'(x) = 12x^3
Regla de la continuidad
La regla de la constante afirma que la derivada de una función constante es cero. Si ( f(x) = c ), donde ( c ) es una constante, entonces:
f'(x) = 0
Ejemplo: Encuentra la derivada de ( f(x) = 7 ).
Solución:
f(x) = 7 f'(x) = 0
Reglas de la suma
La regla de la suma establece que la derivada de una suma de funciones es igual a la suma de sus respectivas derivadas. Si tenemos dos funciones ( f(x) ) y ( g(x) ), entonces la derivada de su suma es:
(f + g)'(x) = f'(x) + g'(x)
Ejemplo: Si ( f(x) = x^2 + 3x ), encuentra ( f'(x) ).
Solución:
f(x) = x^2 + 3x f'(x) = (x^2)' + (3x)' f'(x) = 2x + 3
Regla de la diferencia
La regla de la diferencia es similar a la regla de la suma pero se aplica a la diferencia de funciones. Si tenemos dos funciones ( f(x) ) y ( g(x) ), entonces la derivada de su diferencia es:
(f - g)'(x) = f'(x) - g'(x)
Ejemplo: Si ( f(x) = 4x - 5x^3 ), encuentra ( f'(x) ).
Solución:
f(x) = 4x - 5x^3 f'(x) = (4x)' - (5x^3)' f'(x) = 4 - 15x^2
Regla del producto
La regla de la multiplicación establece que la derivada del producto de dos funciones se obtiene multiplicando la derivada de la primera función por la segunda función y multiplicando la primera función por la derivada de la segunda función. Si ( f(x) ) y ( g(x) ) son dos funciones diferenciables, entonces:
(f cdot g)'(x) = f'(x) cdot g(x) + f(x) cdot g'(x)
Ejemplo: Si ( f(x) = x^2 ) y ( g(x) = sin(x) ), entonces encuentra ( (f cdot g)'(x) ).
Solución:
f(x) = x^2, g(x) = sin(x) f'(x) = 2x, g'(x) = cos(x) (f cdot g)'(x) = (x^2)' cdot sin(x) + x^2 cdot (sin(x))' (f cdot g)'(x) = 2x cdot sin(x) + x^2 cdot cos(x)
Regla del cociente
La regla del cociente se utiliza para diferenciar funciones que están divididas entre sí. Si ( f(x) ) y ( g(x) ) son dos funciones diferenciables, entonces la derivada de su cociente es:
(f/g)'(x) = (g(x) cdot f'(x) - f(x) cdot g'(x)) / (g(x))^2
Ejemplo: Si ( f(x) = x^2 ) y ( g(x) = e^x ), entonces encuentra ( (f / g)'(x) ).
Solución:
f(x) = x^2, g(x) = e^x f'(x) = 2x, g'(x) = e^x (f / g)'(x) = (e^x cdot 2x - x^2 cdot e^x) / (e^x)^2 (f / g)'(x) = (2xe^x - x^2e^x) / e^{2x}
Regla de la cadena
La regla de la cadena es una fórmula para calcular la derivada de una función compuesta. Si una variable ( u ) es una función de ( x ), es decir, ( u = g(x) ) y la otra variable ( y ) es una función de ( u ), es decir, ( y = f(u) ), entonces la derivada de ( y ) con respecto a ( x ) es:
dy/dx = dy/du cdot du/dx
Ejemplo: Si ( y = (3x + 2)^5 ), encuentra ( dy/dx ).
Solución:
Let u = 3x + 2 y = u^5 dy/du = 5u^4 du/dx = 3 dy/dx = 5(3x + 2)^4 cdot 3 dy/dx = 15(3x + 2)^4
Conclusión
Las reglas de la diferenciación son herramientas poderosas que hacen que las tareas de diferenciación sean sistemáticamente más fáciles. Con práctica, estas reglas permiten a una persona resolver eficientemente problemas complejos en cálculo. Cada regla aborda diferentes tipos de tareas, ya sean productos, cocientes o compuestos. Entender cómo y cuándo aplicar cada regla es clave para dominar la diferenciación.
Construir una comprensión profunda de estas reglas fundamentales te ayudará enormemente a medida que avances a temas más complejos de cálculo, como la integración o las derivadas parciales. Sigue practicando problemas, y pronto descubrirás que aplicar estas reglas se vuelve algo natural.