3.6.3 Derivada de una constante y de una potencia

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1

Derivada de una constante

Si \(f(x) = k \), donde \(k \) es un número real fijo, la función no varía nunca y su tasa de cambio es nula.

Aplicando la definición:

$$f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{k - k}{h} = \lim_{h \to 0} 0 = 0 $$

Por tanto, la derivada de cualquier constante es cero. ¡Cuidado! El número \(e \) es una constante (vale aproximadamente \(2,718 \)), así que la derivada de \(f(x) = e \) es cero, no \(e^x \)

📝 Ejemplo:

La derivada de cualquier constante es nula: \((7)' = 0 \), porque la función no varía nunca.

2

Derivada de la potencia

Para \(n \) un número natural, la derivada de \(f(x) = x^n \) es:

$$(x^n)' = n x^{n-1} $$

Es decir, el exponente baja multiplicando y el nuevo exponente es una unidad menor.

La demostración para \(n \) natural se hace por inducción (ver ejemplo 5) y la fórmula se extiende a exponentes enteros, racionales y reales.

📝 Ejemplo:

Aplicando la regla de la potencia: \((x^5)' = 5x^4 \)

3

Potencias con exponentes negativos y fraccionarios

La misma fórmula \((x^r)' = r x^{r-1} \) vale para \(r \) entero negativo o fraccionario.

Antes de derivar conviene reescribir las raíces y los denominadores como potencias: \(\frac{1}{x^n} = x^{-n} \) y \(\sqrt[n]{x} = x^{1/n} \)

📝 Ejemplo:

Reescribiendo como potencias: $$\left(\frac{1}{x^2}\right)' = (x^{-2})' = -2x^{-3} = -\frac{2}{x^3} $$ y $$(\sqrt{x})' = (x^{1/2})' = \frac{1}{2\sqrt{x} } $$

📝 Ejemplo 1: Derivada de constantes

Deriva \(f(x) = 7 \), \(g(x) = \pi \) y \(h(x) = e \)

💡 Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por identificar que las tres funciones son constantes.

A continuación aplicaremos la regla de la derivada de una constante a cada una.

Para terminar recordaremos el caso especial del número \(e \)

👉 PASO 1

Aplicación de la regla.

Como \(7 \), \(\pi \) y \(e \) son números fijos que no dependen de \(x \):

$$f'(x) = 0 $$
$$g'(x) = 0 $$
$$h'(x) = 0 $$
✅ Conclusión

La derivada de cualquier constante es cero; en particular, la derivada de la función constante \(h(x) = e \) es \(0 \)

📝 Ejemplo 2: Derivada de potencias con exponente natural

Deriva \(f(x) = x^6 \) y \(g(x) = x \)

💡 Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por aplicar la fórmula de la potencia a cada función.

A continuación escribiremos el resultado.

Para terminar observaremos el caso particular del exponente uno.

👉 PASO 1

Aplicación de la fórmula.

$$f'(x) = 6x^{6-1} = 6x^5 $$
$$g'(x) = 1 \cdot x^{1-1} = 1 \cdot x^0 = 1 $$
✅ Conclusión

\((x^6)' = 6x^5 \) y, como caso particular, \((x)' = 1 \)

📝 Ejemplo 3: Reescritura y derivación

Deriva \(f(x) = \frac{1}{x^3} \) y \(g(x) = \sqrt{x} \)

💡 Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por reescribir cada función como una potencia.

A continuación aplicaremos la fórmula de la derivada de la potencia.

Para terminar expresaremos el resultado en forma de fracción o raíz.

👉 PASO 1

Reescritura como potencias.

$$f(x) = \frac{1}{x^3} = x^{-3} $$
$$g(x) = \sqrt{x} = x^{1/2} $$
👉 PASO 2

Derivación.

$$f'(x) = -3x^{-3-1} = -3x^{-4} = -\frac{3}{x^4} $$
$$g'(x) = \frac{1}{2}x^{1/2-1} = \frac{1}{2}x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x} } $$
✅ Conclusión

\(\left(\frac{1}{x^3}\right)' = -\frac{3}{x^4} \) y \((\sqrt{x})' = \frac{1}{2\sqrt{x} } \), válida para \(x > 0 \)

📝 Ejemplo 4: Simplificar antes de derivar

Deriva y simplifica \(f(x) = \frac{x^4 + 3x\sqrt{x}}{x^2} \) para \(x > 0 \)

💡 Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por simplificar la fracción escribiendo cada término como una potencia de \(x \)

A continuación derivaremos término a término.

Para terminar expresaremos el resultado con raíces.

👉 PASO 1

Simplificación previa.

Dividimos cada término del numerador entre \(x^2 \) y usamos que \(3x\sqrt{x} = 3x \cdot x^{1/2} = 3x^{3/2} \):

$$f(x) = \frac{x^4}{x^2} + \frac{3x^{3/2}}{x^2} = x^2 + 3x^{3/2-2} = x^2 + 3x^{-1/2} $$
👉 PASO 2

Derivación término a término.

$$f'(x) = 2x + 3 \cdot \left(-\frac{1}{2}\right)x^{-3/2} = 2x - \frac{3}{2}x^{-3/2} = 2x - \frac{3}{2x\sqrt{x} } $$
✅ Conclusión

La derivada simplificada es \(f'(x) = 2x - \frac{3}{2x\sqrt{x} } \) para \(x > 0 \)

📝 Ejemplo 5: Demostración por inducción de la regla de la potencia

Demuestra por inducción que \((x^n)' = nx^{n-1} \) para todo \(n \) natural.

💡 Explicación

Para resolver este ejemplo empezaremos por comprobar la fórmula para \(n = 1 \)

A continuación supondremos que es cierta para \(n \) y la probaremos para \(n+1 \) usando la regla del producto.

Para terminar concluiremos por el principio de inducción.

👉 PASO 1

Caso base \(n = 1 \)

\((x^1)' = (x)' = 1 = 1 \cdot x^{0} \), luego la fórmula se cumple.

👉 PASO 2

Paso inductivo.

Suponemos cierta la hipótesis \((x^n)' = nx^{n-1} \) y derivamos \(x^{n+1} = x^n \cdot x \) con la regla del producto:

$$(x^{n+1})' = (x^n)' \cdot x + x^n \cdot (x)' = nx^{n-1} \cdot x + x^n \cdot 1 = nx^n + x^n = (n+1)x^n $$
✅ Conclusión

Por el principio de inducción, la fórmula \((x^n)' = nx^{n-1} \) es válida para todo \(n \) natural.