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Derivadas exponenciales y logarítmicas

Derivada de 2ˣ y aˣ: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de 2ˣ es 2ˣ ln 2, y la de aˣ es aˣ ln a. Demostración reescribiendo aˣ como e^(x ln a), ejemplos con la regla de la cadena y gráfica.

Derivadas exponenciales y logarítmicas Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,2^x = 2^x\ln 2
Derivada de 2ˣ
2^x\ln 2 \approx 0.693\cdot 2^x
Base general
\dfrac{d}{dx}a^x = a^x\ln a para a > 0
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}a^u = a^u\ln a\cdot u'
Reescritura clave
a^x = e^{x\ln a}
Versión para integrales
\int 2^x\,dx = \dfrac{2^x}{\ln 2} + C
En esta página
  1. Gráfica de 2ˣ y de su derivada
  2. Demostración: reescribir con base e
  3. El tamaño del factor ln a
  4. Versión con la regla de la cadena y ejemplos
  5. 2ˣ frente a x²
  6. Errores comunes

La derivada de 2^x es 2^x\ln 2. El mismo patrón funciona para cualquier base positiva:

\frac{d}{dx}\,2^x = 2^x\ln 2 \qquad\qquad \frac{d}{dx}\,a^x = a^x\ln a

Como \ln 2 \approx 0.693, la pendiente de 2^x siempre es aproximadamente el 69\% de su altura.

Gráfica de 2ˣ y de su derivada

Gráfica de y = 2ˣ y de su derivada y = 2ˣ ln 2
La derivada tiene la misma forma que 2^x, reducida por el factor \ln 2 \approx 0.693. En x = 0 la función vale 1 y la pendiente es \ln 2.

Demostración: reescribir con base e

Cualquier base positiva se puede escribir como una potencia de e, porque a = e^{\ln a}:

a^x = \left(e^{\ln a}\right)^x = e^{x\ln a}

Ahora \ln a es solo una constante, así que la regla de la cadena junto con la derivada de eˣ da

\frac{d}{dx}e^{x\ln a} = e^{x\ln a}\cdot\ln a = a^x\ln a

Para a = 2 esto es 2^x\ln 2. Para a = e es e^x\ln e = e^x, y por eso e es la base natural: es la única base sin factor extra.

El tamaño del factor ln a

Base a \ln a Derivada de a^x
2 \approx 0.693 2^x\ln 2
e 1 e^x
3 \approx 1.099 3^x\ln 3
10 \approx 2.303 10^x\ln 10
\frac{1}{2} \approx -0.693 -\left(\frac{1}{2}\right)^x\ln 2

Para 0 < a < 1, \ln a es negativo, así que a^x es decreciente. Eso coincide con la gráfica del decrecimiento exponencial.

Versión con la regla de la cadena y ejemplos

\frac{d}{dx}a^u = a^u\ln a\cdot u'

Ejemplo 1. \frac{d}{dx}2^{3x} = 2^{3x}\ln 2\cdot 3 = 3\ln 2\cdot 2^{3x}.

Ejemplo 2. \frac{d}{dx}3^{x^2} = 3^{x^2}\ln 3\cdot 2x = 2x\ln 3\cdot 3^{x^2}.

Ejemplo 3. \frac{d}{dx}2^{-x} = -2^{-x}\ln 2.

Ejemplo 4: regla del producto. Para f(x) = x\cdot 2^x, la regla del producto da

f'(x) = 2^x + x\cdot 2^x\ln 2 = 2^x(1 + x\ln 2)

Ejemplo 5: tasa de crecimiento. Una población P(t) = 500\cdot 2^t se duplica en cada unidad de tiempo. Su tasa de crecimiento en t = 3 es P'(3) = 500\cdot 8\ln 2 \approx 2773 por unidad de tiempo.

2ˣ frente a x²

Función Base Exponente Regla Derivada
x^2 variable constante regla de la potencia 2x
2^x constante variable regla de la exponencial 2^x\ln 2
x^x variable variable derivación logarítmica x^x(\ln x + 1)

Cuando varían tanto la base como el exponente, ninguna de las dos reglas sirve por sí sola. Consulta la derivada de xˣ.

Errores comunes

  1. Usar la regla de la potencia: x\cdot 2^{x-1}. Es la regla equivocada para un exponente variable.
  2. Omitir \ln 2. Eso solo sería correcto para la base e.
  3. Escribir \log 2 en lugar de \ln 2. El factor es el logaritmo natural.

La operación inversa, \int 2^x\,dx = \frac{2^x}{\ln 2} + C, está en la página de la integral de 2ˣ. La función inversa, \log_2 x, se trata en la página de la derivada de log x. Consulta también las funciones exponenciales.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de 2^x?

La derivada de 2^x es 2^x\ln 2, que es aproximadamente 0.693\cdot 2^x.

¿Cuál es la derivada de a^x?

Para cualquier constante a > 0, \frac{d}{dx}a^x = a^x\ln a. Por ejemplo, \frac{d}{dx}10^x = 10^x\ln 10 y \frac{d}{dx}3^x = 3^x\ln 3.

¿Por qué la derivada de 2^x no es x·2^(x−1)?

Esa es la regla de la potencia, que necesita una base variable y un exponente constante. En 2^x la base es constante y el exponente es la variable, así que se usa la regla de la exponencial.

¿Cuál es la derivada de 2^(3x)?

Por la regla de la cadena, 2^{3x}\ln 2\cdot 3 = 3\ln 2\cdot 2^{3x}.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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