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Potencias, raíces y polinomios

Derivada de 1/x²: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de 1/x² es -2/x³. Demostración con la regla de la potencia y del cociente, regla de la cadena para 1/u², gráfica y ejemplos como 1/(3x - 2)².

Potencias, raíces y polinomios Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,\frac{1}{x^2} = -\frac{2}{x^3}
Derivada
-\dfrac{2}{x^3} para x \ne 0
Como potencia
\dfrac{d}{dx}\,x^{-2} = -2x^{-3}
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}\,\dfrac{1}{u^2} = -\dfrac{2u'}{u^3}
Segunda derivada
\dfrac{6}{x^4}
Versión para integrales
\int \frac{1}{x^2}\,dx = -\frac{1}{x} + C
En esta página
  1. Gráfica de 1/x² y de su derivada
  2. Demostración con la regla de la potencia
  3. Demostración con la regla del cociente
  4. Demostración con la definición de límite
  5. La versión con la regla de la cadena: derivada de 1/u²
  6. Más ejemplos resueltos
  7. Cómo recordarla
  8. Errores comunes

La derivada de \dfrac{1}{x^2} es -\dfrac{2}{x^3}. Sube la potencia al numerador como x^{-2} y la regla de la potencia termina el trabajo en un solo paso.

\frac{d}{dx}\,\frac{1}{x^2} = -\frac{2}{x^3}, \qquad x \ne 0

Gráfica de 1/x² y de su derivada

Gráfica de y = 1/x² y de su derivada y = -2/x³
A la izquierda, \frac{1}{x^2} sube hacia la asíntota, así que la derivada es positiva. A la derecha baja, así que la derivada es negativa.

La gráfica de \frac{1}{x^2} es simétrica respecto al eje y, así que sus pendientes en x y en -x son opuestas. Por eso la derivada es una función impar.

Demostración con la regla de la potencia

\frac{d}{dx}\,x^{-2} = -2x^{-2 - 1} = -2x^{-3} = -\frac{2}{x^3}

Es la regla de la potencia con n = -2. Lo único que requiere cuidado es la resta: -2 - 1 = -3.

Demostración con la regla del cociente

Con numerador 1 y denominador x^2, la regla del cociente da

\frac{0 \cdot x^2 - 1 \cdot 2x}{(x^2)^2} = \frac{-2x}{x^4} = -\frac{2}{x^3}

El mismo resultado, con más trabajo. Reescribir como potencia es el hábito más rápido.

Demostración con la definición de límite

\frac{\frac{1}{(x + h)^2} - \frac{1}{x^2}}{h} = \frac{x^2 - (x + h)^2}{h\,x^2(x + h)^2} = \frac{-2x - h}{x^2(x + h)^2}

Cuando h \to 0 esto se convierte en \frac{-2x}{x^4} = -\frac{2}{x^3}.

La versión con la regla de la cadena: derivada de 1/u²

\frac{d}{dx}\,u^{-2} = -2u^{-3}\cdot u' = -\frac{2u'}{u^3}

Ejemplo 1. \frac{d}{dx}\,\frac{1}{(3x - 2)^2} = -\frac{2 \cdot 3}{(3x - 2)^3} = -\frac{6}{(3x - 2)^3}.

Ejemplo 2. \frac{d}{dx}\,\frac{1}{(x^2 + 4)^2} = -\frac{2 \cdot 2x}{(x^2 + 4)^3} = -\frac{4x}{(x^2 + 4)^3}.

Ejemplo 3. \frac{d}{dx}\,\frac{1}{\cos^2 x} = -\frac{2(-\sin x)}{\cos^3 x} = \frac{2\sin x}{\cos^3 x}. Como \frac{1}{\cos^2 x} = \sec^2 x, coincide con la derivada de sec²x, 2\sec^2 x\tan x.

Más ejemplos resueltos

Ejemplo 4: una forma de la física. La gravedad y la intensidad de la luz siguen F = \frac{k}{r^2}. La tasa de cambio respecto a la distancia es \frac{dF}{dr} = -\frac{2k}{r^3}. Al duplicar la distancia, la fuerza se reduce a la cuarta parte y la tasa de cambio a la octava parte.

Ejemplo 5: segunda derivada. \frac{d}{dx}\left(-2x^{-3}\right) = 6x^{-4} = \frac{6}{x^4}. Es positiva en todas partes, así que las dos ramas son cóncavas hacia arriba.

Cómo recordarla

Piensa en \frac{1}{x^2} como una potencia que resulta estar en el denominador. Súbela como x^{-2}, aplica la regla de la potencia como a cualquier otra potencia y, si quieres una fracción, vuelve a bajar el resultado. Los mismos tres pasos sirven para \frac{1}{x^3}, \frac{1}{x^{10}} o \frac{1}{\sqrt{x}}. Una comprobación rápida del signo también ayuda: para x positivo la curva baja, así que ahí la derivada tiene que ser negativa, y -\frac{2}{x^3} lo es.

Errores comunes

  1. Escribir -2x^{-1}. Al bajar uno desde -2 se llega a -3.
  2. Darle la vuelta a la derivada del denominador. \frac{1}{2x} no es la derivada de \frac{1}{x^2}.
  3. Perder el signo menos. El exponente -2 baja como coeficiente negativo.

En sentido inverso, \int \frac{1}{x^2}\,dx = -\frac{1}{x} + C está en la página de la integral de 1/x². Compárala con la derivada de 1/x.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de 1/x²?

Es -\frac{2}{x^3}. Escribe \frac{1}{x^2} = x^{-2} y aplica la regla de la potencia: -2x^{-3}.

¿Cuál es la derivada de 3/x²?

Es 3 \cdot \left(-\frac{2}{x^3}\right) = -\frac{6}{x^3}.

¿Cuál es la derivada de 1/(x + 1)²?

Por la regla de la cadena, -2(x + 1)^{-3} \cdot 1 = -\frac{2}{(x + 1)^3}.

¿La derivada de 1/x² es igual a 1/(2x)?

No. Derivar el denominador y darle la vuelta no funciona. La respuesta correcta es -\frac{2}{x^3}.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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