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Potencias, raíces y polinomios

Derivada de x²: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de x² es 2x. Demostración con la definición de límite, la regla de la cadena para u², una gráfica, rectas tangentes y ejemplos como (3x + 1)².

Potencias, raíces y polinomios Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,x^2 = 2x
Derivada
2x para todo x real
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}\,u^2 = 2u\,u'
Segunda derivada
\dfrac{d^2}{dx^2}\,x^2 = 2
Pendiente en x = 0
0, el fondo de la parábola
Versión para integrales
\int x^2\,dx = \frac{x^3}{3} + C
En esta página
  1. Gráfica de x² y de su derivada
  2. Demostración con la definición de límite
  3. La versión con la regla de la cadena: derivada de u²
  4. Ejemplos resueltos
  5. Errores comunes

La derivada de x^2 es 2x. Suele ser la primera derivada que los estudiantes calculan a mano, y muestra toda la idea de derivada en una sola línea de álgebra.

\frac{d}{dx}\,x^2 = 2x

Gráfica de x² y de su derivada

Gráfica de y = x² y de su derivada y = 2x
Donde la parábola baja, 2x es negativa. En el vértice la pendiente es 0. Donde sube, 2x es positiva.

La derivada crece a medida que x crece, así que la parábola se vuelve más pronunciada cuanto más te alejas del vértice. Así es como se ve una curva cóncava hacia arriba.

Demostración con la definición de límite

Parte de

f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{(x + h)^2 - x^2}{h}

Desarrolla el cuadrado: (x + h)^2 = x^2 + 2xh + h^2. Los términos x^2 se cancelan:

f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{2xh + h^2}{h} = \lim_{h \to 0}\,(2x + h) = 2x

También puedes obtenerla con la regla de la potencia, o con la regla del producto aplicada a x \cdot x: 1\cdot x + x \cdot 1 = 2x.

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

Cuando lo que se eleva al cuadrado no es x, usa la regla de la cadena:

\frac{d}{dx}\,u^2 = 2u \cdot u'
Función Interior u Derivada 2u\,u'
(3x + 1)^2 3x + 1 6(3x + 1)
(x^2 + 5)^2 x^2 + 5 4x(x^2 + 5)
\sin^2 x \sin x 2\sin x\cos x
(\ln x)^2 \ln x \frac{2\ln x}{x}

La tercera fila se resuelve por completo en la página de la derivada de sen²x.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: un polinomio. Deriva f(x) = 4x^2 - 3x + 8:

f'(x) = 8x - 3

Ejemplo 2: una recta tangente. Halla la tangente a y = x^2 en x = 3. El punto es (3, 9) y la pendiente es 2(3) = 6:

y - 9 = 6(x - 3) \quad\Longrightarrow\quad y = 6x - 9

Ejemplo 3: ¿dónde vale 5 la pendiente? Resuelve 2x = 5 y obtienes x = \frac{5}{2}. El punto de la parábola es \left(\frac{5}{2}, \frac{25}{4}\right).

Ejemplo 4: segunda derivada. \frac{d}{dx}(2x) = 2, así que \frac{d^2}{dx^2}x^2 = 2. Una segunda derivada constante y positiva significa que la parábola se curva hacia arriba en todas partes.

Errores comunes

  1. Escribir 2x^2. El exponente tiene que bajar en uno: 2x^1 = 2x.
  2. Confundir x^2 con 2^x. Se parecen, pero 2^x es una exponencial. Su derivada es 2^x \ln 2; consulta la derivada de 2ˣ.
  3. Olvidar u'. \frac{d}{dx}(5x - 2)^2 = 10(5x - 2), no 2(5x - 2).
  4. Elevar la derivada al cuadrado. \frac{d}{dx}(x^2) no es \left(\frac{d}{dx}x\right)^2 = 1.

En sentido inverso, \int x^2\,dx = \frac{x^3}{3} + C está en la página de la integral de x². Practica más con los ejercicios de la regla de la potencia.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de x²?

La derivada de x^2 es 2x. Por la regla de la potencia, \frac{d}{dx}x^2 = 2x^{2-1} = 2x.

¿Cómo se calcula la derivada de x² con la definición de límite?

Desarrolla \frac{(x+h)^2 - x^2}{h} = \frac{2xh + h^2}{h} = 2x + h. Cuando h \to 0, esto tiende a 2x.

¿Cuál es la derivada de 3x²?

Es 6x. Multiplica la derivada de x^2 por la constante: 3 \cdot 2x = 6x.

¿Cuál es la derivada de (2x + 1)²?

Por la regla de la cadena es 2(2x + 1) \cdot 2 = 4(2x + 1) = 8x + 4. Desarrollar primero a 4x^2 + 4x + 1 da el mismo resultado.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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