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Derivadas · Derivada

Ejercicios de derivadas

Te conviene dominar: Fracciones algebraicas (1er año de preparatoria (semestres 1 y 2))

Ximena prepara su examen de Cálculo y se topa con una función como $\dfrac{x^2}{x-3}$. Se sabe todas las reglas, pero no sabe por cuál empezar ni cómo dejar el resultado limpio. En esta página aprenderás a mirar una función y decidir de un vistazo qué regla manda, y a simplificar el resultado.

Decidir qué regla se aplica primero

Reglas que usaremos, con $u$ y $v$ funciones de $x$:

Función Derivada
$x^n$ $n x^{n-1}$
$u^n$ $n u^{n-1}\cdot u'$
$u\cdot v$ $u'v + uv'$
$\dfrac{u}{v}$ $\dfrac{u'v - uv'}{v^2}$
Practica★☆☆Sin empezar
Determina la derivada de la función racional $f(x) = \frac{3x - 1}{x^2 + 4}$.

Determina la derivada de la función racional $f(x) = \frac{3x - 1}{x^2 + 4}$.

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La segunda derivada

La derivada de una función es otra función, así que también se puede derivar. A la derivada de $f'$ se le llama segunda derivada y se escribe $f''(x)$. Se deriva dos veces, una tras otra, aplicando las reglas de siempre.

¿Para qué sirve? Si $s(t)$ es la posición, $s'$ es la velocidad y $s''$ es la aceleración. En una gráfica, el signo de $f''$ indica hacia dónde se curva: si $f''>0$ es cóncava hacia arriba, y si $f''<0$, hacia abajo.

Practica★☆☆Sin empezar
Calcula la primera y la segunda derivada de la función polinómica $f(x) = 3x^4 - 5x^3 + 2x - 7$.

Calcula la primera y la segunda derivada de la función polinómica $f(x) = 3x^4 - 5x^3 + 2x - 7$.

Resolver

Cadenas y potencias

Cuando la función es una expresión elevada a una potencia, se aplica la regla de la cadena: se deriva de fuera hacia dentro, capa por capa, sin saltarse ninguna.

Practica★☆☆Sin empezar
Calcula la derivada de la función $f(x) = (5x^3 - 2x)^4$ aplicando la regla de la cadena.

Calcula la derivada de la función $f(x) = (5x^3 - 2x)^4$ aplicando la regla de la cadena.

Resolver

Simplificar el resultado

Vuelve al principio: para $\dfrac{x^2}{x-3}$ manda el cociente, y el resultado simplificado queda $\dfrac{x(x-6)}{(x-3)^2}$.

Costo marginal

Cuando una función describe una cantidad que depende de la producción, su derivada es una tasa de cambio. El costo marginal es la derivada del costo total: aproxima cuánto cuesta producir una pieza más.

Ampliación: raíces y potencias fraccionarias

Una raíz se puede ver como una potencia: $\sqrt{u}=u^{1/2}$ y $\sqrt[3]{x}=x^{1/3}$. Con la cadena sale la regla $\left(\sqrt{u}\right)'=\dfrac{u'}{2\sqrt{u}}$.

Un costo con raíz, como el de las sudaderas del viaje de graduación, se deriva igual: el costo marginal es la derivada de $C(x)$, y aquí cociente y cadena trabajan juntos.

Practica★☆☆Sin empezar
Obtén la derivada de la función irracional $f(x) = \sqrt{x^4 - 3x^2 + 2}$.

Obtén la derivada de la función irracional $f(x) = \sqrt{x^4 - 3x^2 + 2}$.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Calcula la derivada de la función $f(x) = \frac{2}{\sqrt[3]{x}}$. Expresa el resultado en forma de potencia fraccionaria o raíz.

Calcula la derivada de la función $f(x) = \frac{2}{\sqrt[3]{x}}$. Expresa el resultado en forma de potencia fraccionaria o raíz.

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Practica★★☆Sin empezar
Calcula la derivada de la función $f(x) = \frac{\sqrt{x^2-1}}{x+2}$ y simplifica el resultado lo máximo posible, expresándolo con un único denominador.

Calcula la derivada de la función $f(x) = \frac{\sqrt{x^2-1}}{x+2}$ y simplifica el resultado lo máximo posible, expresándolo con un único denominador.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
El costo total en pesos de producir $x$ sudaderas personalizadas para el viaje de graduación está dado por $C(x) = \frac{3\,000x}{\sqrt{x^2+100}} + 4\,000$. Calcula la…

El costo total en pesos de producir $x$ sudaderas personalizadas para el viaje de graduación está dado por $C(x) = \frac{3\,000x}{\sqrt{x^2+100}} + 4\,000$. Calcula la función de costo marginal $C'(x)$.

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Ampliación: exponenciales, logaritmos y trigonométricas

Reglas, con $u$ función de $x$:

Función Derivada
$e^u$ $e^u \cdot u'$
$a^u$ $a^u \ln a \cdot u'$
$\ln u$ $\dfrac{u'}{u}$
$\operatorname{sen} u$ $\cos u \cdot u'$
$\cos u$ $-\operatorname{sen} u \cdot u'$
$\operatorname{arcsen} u$ $\dfrac{u'}{\sqrt{1-u^2}}$

El plan de ataque es el mismo: primero la operación exterior, luego las capas interiores.

Practica★☆☆Sin empezar
Obtén la derivada de la función $f(x) = (2x^2 + 3) e^x$.

Obtén la derivada de la función $f(x) = (2x^2 + 3) e^x$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Halla la derivada de la función trigonométrica $f(x) = \cos(x^3 - 4x)$.

Halla la derivada de la función trigonométrica $f(x) = \cos(x^3 - 4x)$.

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Practica★☆☆Sin empezar
Calcula la derivada de la función $f(x) = \ln(7x^2 + 5) + 3^{2x}$.

Calcula la derivada de la función $f(x) = \ln(7x^2 + 5) + 3^{2x}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Calcula la derivada de la función compuesta $f(x) = \sin^3(e^{2x} + 1)$, prestando atención a la aplicación sucesiva de la regla de la cadena.

Calcula la derivada de la función compuesta $f(x) = \sin^3(e^{2x} + 1)$, prestando atención a la aplicación sucesiva de la regla de la cadena.

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Practica★★☆Sin empezar
Dada la función $f(x) = \ln\left(\cos(3x^2)\right)$, calcula su derivada y evalúala en el punto $x = \sqrt{\frac{\pi}{12}}$.

Dada la función $f(x) = \ln\left(\cos(3x^2)\right)$, calcula su derivada y evalúala en el punto $x = \sqrt{\frac{\pi}{12}}$.

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Practica★★☆Sin empezar
La intensidad de la corriente en un circuito de corriente alterna fluctúa según la función $I(t) = \frac{\sin(3t)}{t^2 + 2}$, donde $t$ es el tiempo en segundos. Calcula…

La intensidad de la corriente en un circuito de corriente alterna fluctúa según la función $I(t) = \frac{\sin(3t)}{t^2 + 2}$, donde $t$ es el tiempo en segundos. Calcula la derivada $I'(t)$ aplicando la regla del cociente y la regla de la cadena.

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Ampliación: derivadas como tasas en ciencias

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La carga eléctrica que atraviesa un circuito en función del tiempo viene dada por la expresión $q(t) = 5t e^{-0.2t}$ culombios. Calcula la intensidad de corriente…

La carga eléctrica que atraviesa un circuito en función del tiempo viene dada por la expresión $q(t) = 5t e^{-0.2t}$ culombios. Calcula la intensidad de corriente $I(t) = q'(t)$ y determina en qué instante exacto la intensidad es nula.

t (s) q q'(t) = I(t) = 0 q(t)
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Practica★★☆Sin empezar
La población de una especie de alga marina en millones de individuos sigue la función $P(t) = \ln(t^2 + 4t + 1) + 5$, donde $t$ es el tiempo en semanas. Determina la…

La población de una especie de alga marina en millones de individuos sigue la función $P(t) = \ln(t^2 + 4t + 1) + 5$, donde $t$ es el tiempo en semanas. Determina la tasa de crecimiento instantánea de la población en la tercera semana ($t=3$).

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La ley de enfriamiento de un material cerámico en un horno industrial sigue la función $T(t) = 20 + 800 e^{-0.05t}$, donde $T$ es la temperatura en grados Celsius y $t$…

La ley de enfriamiento de un material cerámico en un horno industrial sigue la función $T(t) = 20 + 800 e^{-0.05t}$, donde $T$ es la temperatura en grados Celsius y $t$ el tiempo en minutos. Calcula la tasa de variación de la temperatura con respecto al tiempo, $T'(t)$, y determina cuánto tiempo debe transcurrir para que la temperatura descienda a un ritmo exacto de $10^\circ \text{C/min}$.

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Ampliación: retos

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Demuestra, utilizando las propiedades de los logaritmos y las reglas de derivación, que la derivada de la función $f(x) = \ln \sqrt{\frac{1+\sin x}{1-\sin x}}$ es…

Demuestra, utilizando las propiedades de los logaritmos y las reglas de derivación, que la derivada de la función $f(x) = \ln \sqrt{\frac{1+\sin x}{1-\sin x}}$ es $f'(x) = \frac{1}{\cos x}$.

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Calcula la derivada enésima de la función $f(x) = \frac{1}{2x-1}$. Expresa el resultado $f^{(n)}(x)$ mediante una fórmula general que dependa de $n$.

Calcula la derivada enésima de la función $f(x) = \frac{1}{2x-1}$. Expresa el resultado $f^{(n)}(x)$ mediante una fórmula general que dependa de $n$.

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Dadas dos funciones derivables $g(x)$ y $h(x)$, se define una nueva función $f(x) = g(h(x^2))$. Sabiendo que $h(1) = 2$, $h'(1) = 3$, $g(2) = 5$ y $g'(2) = -4$, calcula…

Dadas dos funciones derivables $g(x)$ y $h(x)$, se define una nueva función $f(x) = g(h(x^2))$. Sabiendo que $h(1) = 2$, $h'(1) = 3$, $g(2) = 5$ y $g'(2) = -4$, calcula el valor exacto de $f'(1)$ detallando los pasos de la regla de la cadena.

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Encuentra los valores de los parámetros $a$ y $b$ (con $b > 0$) para que la función $f(x) = a e^{bx}$ cumpla simultáneamente que $f(0) = 3$ y que su derivada segunda…

Encuentra los valores de los parámetros $a$ y $b$ (con $b > 0$) para que la función $f(x) = a e^{bx}$ cumpla simultáneamente que $f(0) = 3$ y que su derivada segunda evaluada en el origen sea $f''(0) = 12$.

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Calcula la derivada de la función $f(x) = \arcsin\left(\frac{1-x^2}{1+x^2}\right)$ para $x > 0$ y simplifica la expresión resultante al máximo.

Calcula la derivada de la función $f(x) = \arcsin\left(\frac{1-x^2}{1+x^2}\right)$ para $x > 0$ y simplifica la expresión resultante al máximo.

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Practica★★★Sin empezar
Calcula la derivada de la siguiente función, aplicando la regla del producto y la regla de la cadena: $f(x) = e^{x\sin(x)} \times \ln(x^2 + 4)$.

Calcula la derivada de la siguiente función, aplicando la regla del producto y la regla de la cadena: $f(x) = e^{x\sin(x)} \times \ln(x^2 + 4)$.

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Practica★★★Sin empezar
Demuestra, calculando la derivada y estudiando su signo, que la función $f(x) = \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}}$ es estrictamente creciente en todo su dominio.

Demuestra, calculando la derivada y estudiando su signo, que la función $f(x) = \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}}$ es estrictamente creciente en todo su dominio.

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Resumen

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