Vista previa del material en texto
CÁLCULO DIFERENCIAL UNIDAD TEMÁTICA Contenidos Cociente Incremental Derivada de una función en un punto Derivabilidad Función Derivada Demostraciones Derivada de funciones inversas Método de Derivación logarítmica Derivada de funciones Compuestas Regla de la Cadena Derivadas de Orden Superior Derivada de Funciones Implícitas Tabla de Derivadas 5 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 124 - Descifra en mensaje Reglas del Juego: Los números que aparecen en el mensaje corresponden a los números de las funciones. Cambiar estos números por las letras que corresponden a las derivadas de las funciones dadas. “1 2 3 4 2 1 4 5 1 6 “ FUNCIONES DERIVADAS xtgxf 12cos)()1 x xxe x e esen eef´(x) G) 2 sec cos .. .lnxxnl f(x) 2) 2 1x2 senf´(x) R) xesec e f(x) )3 1lnx . x (esec ef´(x) ) A xx2x ) 5xtg ln f(x) 4) 12x sec 12xtg sen f´(x) ) I 2 2 1xsen f(x) 5) 2 cos(5x) xsen f´(x) E) ).5( 5 xx etgx f(x) 6) x x ln x xx f´(x) N) 2 ln. 1 2 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 125 - CONTENIDOS TEÓRICOS COCIENTE INCREMENTAL Sea una función f definida en un intervalo (c,d) que contiene a los números reales “a” y “x” con a≠x y “a” fijo. La diferencia: hΔxax mide la variación de la variable independiente y se denomina “Incremento de x” La correspondiente diferencia de ordenadas: kΔyf(a)f(x) mide la variación absoluta de la función, y se denomina “Incremento de la función”. El cociente: a-x f(a)f(x) x y Se denomina “Cociente Incremental” e indica la rapidez promedio (o rapidez media) de variación de la función f en el intervalo [ a , x]. El cociente incremental se suele llamar también “Razón de cambio media de f(x) respecto a x en el intervalo [a,x]” o “Razón promedio de cambio” TOME NOTA http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 126 - DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO Si el límite del cociente incremental cuando x tiende a “a”, simbolizado por: a-x f(a)f(x) lim ax existe, indica la rapidez instantánea de variación de la función f en el punto a. También suele llamarse Razón de cambio instantánea de f(x) respecto a x en el punto “a” Este límite, si existe, se define como la “Derivada de f con respecto a x en el punto a” y se simboliza f’(a). Como 0h y 0x , a xcuando y h a x ox a x ; hΔxax la definición anterior puede expresarse: h f(a)h)f(a lim(a)f' 0h o x f(a)x)f(a lim(a)f' 0 x Aplicación 1 Sea 4 2 x)x(f determine, si existe, f’(2) existe 4(2)f' 2)(xlim 2-x 2x.2-x lim(2)f' 0 0 2-x 4-x lim 2-x 4-24-x lim(2)f' 2x2x 2 2x 22 2x TOME NOTA Definición: Sea f una función definida en un entorno de un número a, y sea x cualquier número real perteneciente a ese entorno con x ≠a. Si a-x f(a)f(x) lim ax existe, se llama “derivada de f con respecto a x en el punto a y se simboliza con f’(a). Es decir, a-x f(a)f(x) lim(a)f' ax http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 127 - CONDICIÓN DE EXISTENCIA DE DERIVADA EN UN PUNTO DERIVABILIDAD DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO Geométricamente (se desarrolla con amplitud en “Aplicaciones de la Derivada”) La función f es derivable en el punto de abscisa x= a (en este caso x = 4) Funciones NO DERIVABLES en x= a (en este caso x = 4) La derivada de una función f en un punto x=a existe, o sea existe f ‘(a) si: existe a-x f(a)f(x) ax lim(a) '- f existe a-x f(a))f(x ax lim(a)' f (a) ' f(a) ' - f TOME NOTA Teorema: Se dice que una función f es derivable, o diferenciable, en x = a si existe la derivada en x=a, o sea existe f’(a). TOME NOTA Una función es derivable en un punto si su recta tangente en el mismo es única y de pendiente finita Recta Tangente no es única La m de la recta Tangente no es finita http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 128 - Aplicación 2 Sea 4 x)x(f determine si f es derivable en x = 4 4 x ; 04- xsi x 4 x ; 0 4- xsi x )x(f 4 4 existe (4) f 4x lim(4) f ; 0 0 4-x 4-x 4x lim 4-x 4-44-x 4x lim(4) f a) DESARROLLO '' ' 11 existe (4) f - 4x lim(4) f ; 0 0 4-x 4-x- 4x lim 4-x 4-44x- 4x lim(4) f b) '' ' 11 4 x en derivable es no f entonces (4) f (4) f : como '' http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 129 - DERIVABILIDAD DE UNA FUNCIÓN EN UN INTERVALO Aplicación 3 Sea 42xf(x) determine si f es derivable en [-1, 3] Desarrollo: a) f es una función algebraica entera y por lo tanto admite derivada en todo su dominio por lo tanto f es derivable en (-1, 3). b) Se determina f’+ (-1) (-1)f en derivable 2(-1) f 1)(x 1)1).(x(x -1x lim(-1) f 0 0 1x 12x- 1x lim 1x 4142x- -1x lim(-1) f ''' ' c) Se determina f’- (3) (3) f en derivable -6(3) f 3)(x 3)3).(x(x 3x lim(3) f 0 0 1x 92x- 3x lim 1x 4942x- 3x lim(3) f ''' ' Entonces f es derivable en [-1, 3] Teorema: Se dice que una función f es derivable, o diferenciable, en un intervalo cerrado [a, b], si es derivable en el intervalo abierto (a, b), es derivable por la derecha de a y derivable por la izquierda de b. (b) ' fexiste c) (a) ' fexiste b) b x a con (x) ' fexiste a) TOME NOTA http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 130 - CONTINUIDAD Y DERIVABILIDAD El recíproco de este Teorema no es cierto, o sea que una función continúa en un punto no es necesariamente derivable en el mismo punto. Aplicación 4 En la aplicación 1 se demostró que la función 4 x)x(f no es derivable en x = 4. Analicemos que ocurre con la continuidad en el mismo punto. 4 x ; 04- xsi x 4 x ; 0 4- xsi x )x(f 4 4 4 x en continua es f entonces 0 f(x) 4x lim f(4) c) 0 f(x) 4x lim existe entonces derecha la por limite el existe 4)(x 4x lim izquierda la por limite el existe 4)(-x 4x lim b) existe 0 4 - 4 f(4) a) 0 0 La función f es continua en x = 4 pero no es derivable en el mismo punto, o sea que CONTINUIDAD NO IMPLICA DERIVABILIDAD. Pero sí es cierto que DERIVABILIDAD IMPLICA CONTINUIDAD Teorema Si una función f es derivable en un punto a, entonces f es continua en a TOME NOTA http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 131 - OBSERV FUNCIÓN DERIVADA Si domfa y es tal que existe x f(a)x)f(a lim(a)f' 0x , entonces se puede formar el par ordenado (a)f' ,a . Si domfb y es tal que existe x f(b)x)f(b lim(b)f' 0x , entonces se puede formar el par ordenado (b)f' ,b . Si domfc y es tal que existe x f(c)x)f(c lim(c)' f 0x , entonces se puede formar el par ordenado (c)f' ,c . Otras notaciones: Si y = f(x) , la derivada de f se expresa: dx f(x)d , dx dy , Df(x) , Dy , f(x)D , y D , y' , (x)' f xx Aplicación 5 Determine, aplicando definición, la derivada de la función definida por 12x3x(x) f 2 26x(x)' f Δx 2Δx 36x Δx 0Δx lim Δx Δx 22Δx 3Δx 6x 0Δx lim Δx 12x23x-1Δx) 22x2Δx 3Δx 6x 23x 0Δx lim 0 0 Δx 12x23x-1Δx)2(x2Δxx3 0Δx lim(x)' f Si se repite este procedimiento con todos los valores de domfx , tales que exista x f(x)x)f(x lim(x)' f 0x se puede formar el conjunto (x)f' ,x Esta última expresión recibe el nombre de FUNCIÓN DERIVADA de f respecto a x. TOME NOTA http://www.google.com.ar/url?sa=i&rct=j&q=observe&source=images&cd=&cad=rja&docid=T5k-a5Grbc2MlM&tbnid=yVflj-Hk8NM87M:&ved=0CAUQjRw&url=http://collegewebeditor.com/blog/index.php/archives/2010/06/01/usability-testing-why-invite-your-boss-and-vp-to-observe-your-next-tests/&ei=8sf1UYb2DsTEigLJqoGgAg&psig=AFQjCNFm7QZDmaD-hcyN2suepyi4CkmizA&ust=1375148003033440 http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 132 - DEMOSTRACIÓN DE REGLAS DE DERIVADAS En este material se realizará la demostración de algunas funciones usuales 1) Derivada de una constante: R K con K xf )( 0(x)' f ntoncese x xfxxf R K todo para x KK x xfxxf ónDemost raci xx 00lim )()( lim 0 )()( 00 2) Derivada de la variable independiente: x xf )( 1(x)' f entonces xf x x x xxx xf ónDemost raci x xx 11lim)´( lim )( lim)´( 0 00 3) Derivada de la suma algebraica de funciones: )()()()( xhxgxfxF w'- ' v ' u ' w- v u entonces v' g´(x) ; v g(x) ; u´ f´(x) ; u f(x) :si (x)' h(x)' g(x)' f(x)' F entonces x xhxxh x xgxxg x xfxxf xF ementeconvenient agrupando x xhxgxfxxhxxgxxf xF ónDemost raci xh x xg x xf x x )(' 0 )(' 0 )(' 0 0 )()( lim )()( lim )()( lim)´( )()()()()()( lim)´( TOME NOTA Determinar la derivada de funciones, aplicando la definición, es un proceso laborioso, por ello utilizaremos REGLAS DE DERIVACIÓN (“fórmulas de derivadas”) obtenidas al aplicar la definición de DERIVADA DE UNA FUNCIÓN. http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 133 - 4) Derivada del producto de funciones: )().()( xg xfxF v' . u v . u' 'u.v v' g´(x) ; v g(x) u´ f´(x) ; u f(x) :si (x)' g . f(x) g(x) (x).' f(x)F' ent onces (x) f' . g(x) (x) g' . f(x) xF xf x f(x)-xxf x xg xg x g(x) xxg x xxf x xF x f(x)-xxf xg x x g(x) xxg xxf x xF :ement econvenient ordenandoy g(x) limit e segundo el eny x)f(x limit e primerel en común fact or sacando x g(x) . xxf xg xf x x g(x) . xxf xxg xxf x xF :t érmino t ercer el con segundo ely t érmino cuart o el con t érmino primerel agrupando x g(x) . xxf -g(x) . xxf xg xfxxg xxf x xF ant erior expresión la de numerador el en g(x) . xxf resión la dores y sumando x xg xfxxg xxf x xF ónDemost raci )(' )(' 0 lim).( )(' )( 0 lim).( 0 lim)´( ).( 0 lim )().( 0 lim)´( )().( 0 lim )().( 0 lim)´( )().()().( 0 lim)´( exptan )().()().( 0 lim)´( FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 134 - 5) Derivada del cociente de dos funciones: )( )( )( xg xf xF 2 ' 2 v v' . u - v . u' v u ; g(x) (x)f(x).g'(x)g(x).f' F´(x) entonces )xg(xxg x g(x)-x)g(x xf x f(x-x)f(x g(x). xF x)g(xxg x g(x)-x)g(x xf x f(x-x)f(x g(x). xF xxg . x g(x)-x)g(x xg xf x)g(x 1 x f(x-x)f(x x x)g(x . g(x) . x g(x)-x)g(x f(x). x)g(x . g(x) x. f(x-x)f(x . g(x) xF x)g(x . g(x) xgxxg f(x). x)g(x . g(x) xfxxf . g(x) x 1 xF x)g(x . g(x) g(x) . f(x) -g(x) f(x).x)g(x . f(x)-x)f(x . g(x) x 1 xF x)g(x . g(x) x)g(x . f(x)-x)f(x . g(x) x 1 xg xf x)g(x x)f(x x 1 xF ónDemost raci x xg x (x)f' x x xx xxxx xx x x xx adordeno común teebraicamena operando :limites de des propiedaaplicando :común factor sacandoy término tercer el con segundo ely término cuarto el con término primerel agrupando anterior expresión la de numerador el en g(x) . xf resión la dores y sumando 00 )(' 00 0 00 0000 00 0 0 00 lim).( lim).(lim )(' lim).( lim).(lim )(' )( 1 limlim. )( )( lim.lim)´( limlim)´( )()()()( lim)´( lim)´( lim )( )( lim)´( :)min(lg exptan FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 135 - 6) Derivada de la función potencial: nxxf )( 1-n x . n (x)' f :entonces xxx 1)-(n nxn xf : xxx 1)-(n nxn x xxx 1)-(n nxxn xf x xxxx 1)-(n nxxnx xf x xxx xf ónDemost raci nnn x nnn x nnn x nnnnn x nn x limite el aplicando :Newton de Binomio el según término 1 el ndodesarrolla 0 1 0 0 21 0 121 0 221 0 221 0 0 ..... !2 1 .lim)´( ..... !2 1 .lim ..... !2 1 .. lim)´( ..... !2 1 .. !1 1 lim)´( lim)´( 7) Derivada de la función logarítmica: xxf alog)( a ln x. 1 e alog . x 1 (x)' f x x log x x f :(1) en doreemplazan e g(x) :doGeneraliza lFundamenta Limite al acuerdo de (1) x x 1 log x xf :límites de propiedadpor x x log x (x)f' :lìmites dey logaritmos de propiedadsegún x x log . x x xx x log x x . x 1 (x)' f :x pordividiendoy ndomult iplica x x log x 1 x xx log x 1 x log-x)(x x 1 xf ónDemost raci :entonces e alog . x 1 e x x x a xg x x x x a x x a x a x a x a x a x aa x 1 1lim. 1 )(' 1 1lim 1lim. 1 )(' 1lim. 1 1lim. 1 1lim 1limlimloglim)´( 0 )( 0 0 00 000 ACTIVIDAD: En forma análoga, determine la derivada de f(x) = ln x FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 136 - 8) Derivada de la función trigonométrica f(x) = sen x xcos f´(x) ; x 2 x2x x 2 x sen xf 2 x2x 2 x sen x 2 2 xxx 2 x-xx sen 2. x 1 xf expresada quedará (1) 2 2 sen . 2 sen - sen :comoy x seny x x si (1) x sen-x)(x ens x 1 xf ónDemost raci xx xx x 2 2 cos.1coslim. 2 lim)´( cos.limcos..lim)´( cos. lim)´( 0 0 1 0 00 0 9) Derivada de la función trigonométrica f(x) = cos x xsen f´(x) : entonces x sen 2 x2x sen x 2 x sen xf 2 x2x sen 2 x sen x 2 2 xxx sen 2 x-xx sen 2. x 1 xf :como expresada quedará (1) 2 sen 2 sen . 2 - cos - cosy cosenos) de as(Diferenci cos - cos x cos -x)(x cos omoc x cos-x)(x x 1 xf ónDemost raci xx xx x 2 2 .1lim. 2 lim)´( .lim..lim)´( . coslim)´( 0 0 1 0 00 0 En base a las demostraciones anteriores y aplicando derivada de un cociente y equivalencias trigonométricas senx xgxtco ; x senxgxt ; senx ecx ; x x cos cos 1cos cos 1sec Se pueden demostrar la derivada de f(x) = tgx, f(x) = cotg x ; f(x) = secx ; f(x) = cosec x FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 137 - DERIVADA DE FUNCIONES INVERSAS 10) Derivada de las funciones trigonométricas inversas a) x arcsenf(x) 2x-1 1 (x)' f entonces x arcsenx D :(2) segúny ysen y arcsenx D x D y D y D x D (3) f(x) x DyfD (2)y sen x :sea o f(x) senyf x (1) x rcsena xfy ónDemost raci x x :expresión últ ima la en (3)y (1) doreemplazan y x x y :inversas funciones de derivada de Teorema al acuerdo de y 1- y :derivada suy 1- :es inversa su 2 2 1 1 1 1 cos 1 11 cos)( )( )( x arctgf(x) b) 2x1 1 (x)' f entonces x arctgx D :(2) segúny ytgy arctgx D :expresión últ ima la en (3)y (1) doreemplazan x D y D y D x D :inversas funciones de derivada de Teorema al acuerdo de (3) f(x) sec x DyfD :derivada suy (2)y tg x :sea o f(x)tgyf x :es inversa su (1) x rctga xfy ónDemost raci x x y x x y 2 y 1- y 1- 2 22 1 1 1 1 sec 1 11 )( )( )( ACTIVIDAD: En forma análoga,determine las derivadas de las restantes funciones inversas trigonométricas. Teorema Sea f una función creciente (o decreciente) y continua en un intervalo. Si para un punto x de ese intervalo )x(' ff(x) xD existe y es distinta de cero, entonces la función inversa f-1 es derivable en f(x), y su derivada está dada por: f(x) xD )y(1-f yD 1 , y xD x yD 1 TOME NOTA http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 138 - A modo de ejemplo, determinamos la derivada de la función exponencial: 11) Derivada de la función exponencial aln.xa(x)' f 1a y 0 a con xaf(x) a ln xa (x)' f . entonces xa . a ln y' :(1) sustituir )5 y . a ln y' y´: despejar ) 0 . x a ln 1. y 'y :miembros ambos derivar )3 a ln x. y ln :miembro segundo el en ,logaritmos de spropiedade según ) xa ln y ln :miembros ambos en )neperianos emente(preferent logaritmos Aplicar )1 xa )x(fy ónDemostraci 4 2 TOME NOTA MÉTODO DE DERIVACIÓN LOGARÍTMICA Se aplica este método para derivar funciones de la forma v(x) (x)uf(x):f El método consiste en aplicar logaritmos, y aprovechar sus propiedades, para transformar el segundo miembro del ejercicio dado en producto y recién derivar. http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 139 - Aplicación 6 Aplicando el Teorema anterior, determine la derivada de f(x) = cos (3x2-2x) 2)-(6x .x23x sen ' x2(3x cos :sea o 2)-(6x .g(x) sen ' x2(3x cos :anterior Teorema al acuerdo de g(x) sen)x(f´(g) :es derivada su g(x) cos)x(f(g) entonces 2-6x (x)g' es derivada su x23x g(x) si x23x cos)x(f Sea Desarrollo 22 2 2 2 DERIVADA DE FUNCIONES COMPUESTAS Teorema Si f y g son funciones derivables de modo que g es derivable en x y f es derivable en g, entonces f(g) es derivable en x y su derivada está dada por: (x) 'g .g(x) 'f(x)'f(g) Regla de la Cadena g(x) 'f es la derivada de f respecto a g. (x) 'g es la derivada de g respecto a x. TOME NOTA http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 140 - OBSERVA REGLA DE LA CADENA Ampliación del Teorema de funciones compuestas En el caso de funciones más complejas conviene usar otra expresión de la Regla de la Cadena: dx dw ... dv du . du dy dx dy (x)' f Demostración: Sean las funciones y = f(u) , u = g(v) , v = h(w) funciones continuas. Recordando que: x y x lim'yyxD 0 Multiplicando y dividiendo, el 2° miembro, por w , v , u se tiene: dx dw . dw dv . dv du . du dy y'yxD x w . w v . v u u y yyD :limites de es propiedadaplicando 0w , 0v , 0u , 0x cuando cont ínuas, funciones ser por x w . w v . v u . u y yyD ordenando w w . v v . u u . x y yyD xwvu x x x x x 0000 0 0 limlimlim.lim' lim': lim' Aplicación 7 Derive 2x(3x3ln seny aplicando Regla de la Cadena 2)-6x 2x -3x 1 . 2ln3 . 2x-(3x ln cos dx dy dw dv . dv du . du dy dx dy : en doreemplazan 2x-(3x ln cos wln coscos du dy , 2ln3ln.33 dv du v u 2x -3x 11 dw dv ; wln v 2-6x dx dw ;2x -3xw Desarrollo 2 2 23 233 2 223 2 2 ( . x(3x . dx dw . v cosu u seny x(3x . wv ; w 2 3 2 http://www.google.com.ar/url?sa=i&rct=j&q=observe&source=images&cd=&cad=rja&docid=T5k-a5Grbc2MlM&tbnid=yVflj-Hk8NM87M:&ved=0CAUQjRw&url=http://collegewebeditor.com/blog/index.php/archives/2010/06/01/usability-testing-why-invite-your-boss-and-vp-to-observe-your-next-tests/&ei=8sf1UYb2DsTEigLJqoGgAg&psig=AFQjCNFm7QZDmaD-hcyN2suepyi4CkmizA&ust=1375148003033440 http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 141 - TOME NOTA OBSERVA Otras formas de representar f’’ son: dx y2d ; dx )x(f2d ; 'y' ; y x 2D ; )x(fx 2D ; )x(''f 22 con y = f(x) En general, la función derivada n-ésima de f se define como: x (x) 1-nfx)(x 1-n f 0x lim(x)nf Otras formas de representar f n son: ndx ynd ; ndx )x(fnd ; (n)y ; y nD ; )x(fx nD ; )x()n(f x con y = f(x) Aplicación 8 4)sen(3xf(x) Sea determine, si existe, )(f 4 4)-(3x sen 81(x)(4)f 4)-(3x cos 27 - (x) ''f' 4)-(3x sen -9(x)'f' 4)-(3x 3.cos(x)'f 4)-(3x senf(x) Desarrollo DERIVADAS DE ORDEN SUPERIOR Sea y = f(x), su función derivada f’ está dada por: x f(x)x)f(x lim(x)' f 0x si el limite existe. Si la derivada de f’ existe se llama DERIVADA SEGUNDA de f y se denota f’’(x) de modo que: x (x)' fx)(x' f 0x lim(x)'' f si el limite existe. http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 http://www.google.com.ar/url?sa=i&rct=j&q=observe&source=images&cd=&cad=rja&docid=T5k-a5Grbc2MlM&tbnid=yVflj-Hk8NM87M:&ved=0CAUQjRw&url=http://collegewebeditor.com/blog/index.php/archives/2010/06/01/usability-testing-why-invite-your-boss-and-vp-to-observe-your-next-tests/&ei=8sf1UYb2DsTEigLJqoGgAg&psig=AFQjCNFm7QZDmaD-hcyN2suepyi4CkmizA&ust=1375148003033440http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 142 - TOME NOTA Aplicación 9 Obtener la derivada dx dy de la siguiente función: F(x,y) = 3 x2y – 4 x y2 + 8 x3 – 2 y2 DESARROLLO 0 dx dy 4y..1224x dx dy x.2y.21.y4. dx dy .2x2x.1.y3. 0 dx dy 4y. dx dx .224x dx dy x.2y.2.y dx dx 4. dx dy .2x.y dx dx 2x.3. 022y38x24xyy23x 022y38x24xyy23x y)F(x, : xa respecto miembro segundo y primer el varderi 6xy224x24y dx dy 4y.3 0 dx dy 4y.36xy dx dy 8xy. dx dy .2x dx dy contienen que términos los miembro 1 el en agrupan se 224x dx dy 8xy.24y dx dy .2x :mentealgebraica operando DERIVADAS DE FUNCIONES IMPLICITAS Una función en dos variables definida en forma implícita presenta la forma: F(x,y)=0 Ejemplo: 022y38x24xyy23x Para obtener la derivada dx dy de una función implícita, se emplean las mismas fórmulas y las mismas reglas de derivación estudiadas hasta ahora, pero debe tenerse cuidado de tratar a la variable dependiente y exactamente como una variable. Dicho de otra forma, la variable dependiente y ocupará el lugar de la u en las fórmulas. http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 143 - TOME NOTA 4y8xy23x 6xy224x24y- 4y8xy23x 6xy224x24y dx dy : despejando 6xy224x24y4y8xy23x. dx dy : dx dy común factor sacando Puede observarse que el numerador es igual a Dx F (derivada de F con respecto a x) y el denominador es igual a Dy F, por lo tanto otra forma de obtener dx dy es aplicar derivadas parciales de F: cte)(x y a respecto F de parcial derivada cte)(y x a respecto F de parcial derivada δy δF δx δF (x)'f dx dy Aplicación 10 Obtener, aplicando derivadas parciales, la derivada dx dy de la siguiente función: nto.procedimie otro el mediante obtenido resultado mismo el es que :entonces δy δF constante como x a considera se y a respecto F de parcial derivada la determinar Para xδ Fδ constante como y a considera se x a respecto F de parcial derivada la determinar Para 4y8xy2 x34y0 y 2 .4x 1 . 23x 22y2yy y)F(x, 224x2y 4 - 6xy02x2.24y2x . 3y 38xx2x y)F(x, 022y38x24xyy23x y)F(x, 4y8xy2 x3 224x2y 4 -6xy dx dy 38x4x 23x 22y2y4y3 41 http://www.google.com.ar/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=rRm3NDJHUMR5rM&tbnid=pVZftqOCfwMnYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://registro.turismo.gob.ec/noticias/index.php?comunicado,6&ei=_c_1UeLxEu6aigLB-oGwBw&psig=AFQjCNF2SFzQESJf6rnxEM_ljCC0Uxrw0A&ust=1375150453137487 http://www.google.com.ar/imgres?q=gif+recuerde&start=476&hl=es-419&biw=1280&bih=675&tbm=isch&tbnid=6ryYBZIYI1XC9M:&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/info/14727543/Tutorial-Crear-una-imagen-de-respaldo-para-Windows-Vista-y-7.html&docid=xuL8m7O27wFnzM&imgurl=http://lacelula2011.wikispaces.com/file/view/alumno_estudiando[1].gif/230624272/alumno_estudiando[1].gif&w=350&h=350&ei=5Mr1UfrSKYe5igLA-YHoBw&zoom=1&ved=1t:3588,r:84,s:400,i:256&iact=rc&page=22&tbnh=206&tbnw=206&ndsp=24&tx=84&ty=98 FRT- UTN- ANÁLISIS MATEMÁTICO I Página - 144 - TABLA DE DERIVADAS u(x)= u , v(x)=v , w(x)=w son funciones de la variable x k, n, a, e son constantes Derivada de … Función Función Derivada una constante 𝑦 = 𝑘 𝒚′ = 𝟎 la variable independiente 𝑦 = 𝑥 𝒚′ = 𝟏 producto de una cte por una función 𝑦 = 𝑘. 𝑢 𝒚′ = 𝒌. 𝒖′ suma algebraica de funciones 𝑦 = 𝑢 + 𝑣 − 𝑤 𝒚′ = 𝒖′ + 𝒗′ − 𝒘′ producto de dos funciones 𝑦 = 𝑢. 𝑣 𝒚′ = 𝒖′. 𝒗 + 𝒖. 𝒗′ cociente de funciones 𝑦 = 𝑢 𝑣 𝒚′ = 𝒖′. 𝒗 − 𝒖. 𝒗′ 𝒗𝟐 función potencial 𝑦 = 𝑢𝑛 𝒚′ = 𝒏. 𝒖𝒏−𝟏. 𝒖′ función exponencial 𝑦 = 𝑎𝑢 𝒚′ = 𝒂𝒖. 𝐥𝐧 𝒂 . 𝒖′ función elevada a otra función 𝑦 = 𝑢𝑣 Método de Derivación Logarítmica raíz n de una función 𝑦 = √𝑢 𝑛 Expresar como función potencial 𝒚 = (𝒖) 𝟏 𝒏 y derivarla como tal función valor absoluto 𝑦 = |𝑢| 𝒚′ = 𝒖 ⌈𝒖⌉ . 𝒖′ función logarítmica 𝑦 = 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑢 𝒚′ = 𝒖′ 𝒖 . 𝒍𝒐𝒈𝒂𝒆 𝑦 = 𝑙𝑛 𝑢 𝒚′ = 𝒖′ 𝒖 Funciones trigonométricas circulares 𝑦 = 𝑠𝑒𝑛 𝑢 𝒚′ = 𝒄𝒐𝒔 𝒖 . 𝒖′ 𝑦 = cos 𝑢 𝒚′ = −𝒔𝒆𝒏 𝒖 . 𝒖′ 𝑦 = tg 𝑢 𝒚′ = 𝒔𝒆𝒄𝟐 𝒖. 𝒖′ 𝑦 = cosec 𝑢 𝒚′ = −𝒄𝒐𝒔𝒆𝒄 𝒖. 𝒄𝒐𝒕𝒈 𝒖 . 𝒖′ 𝑦 = sec 𝑢 𝒚′ = 𝒔𝒆𝒄 𝒖. 𝒕𝒈 𝒖 . 𝒖′ 𝑦 = cotg 𝑢 𝒚′ = −𝒄𝒐𝒔𝒆𝒄𝟐 𝒖. 𝒖′ funciones trigonométricas inversas (circulares) 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝑢 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 𝑢 𝒚 = ±𝒖′ √𝟏 − 𝒖𝟐 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑢 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐𝑜𝑡𝑔 𝑢 𝒚 = ±𝒖′ 𝟏 + 𝒖𝟐 𝑦 = arcsec 𝑢 𝑦 = arcosec 𝑢 𝒚 = ±𝒖′ 𝒖. √𝒖𝟐 − 𝟏