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Reglas de derivación

Derivación logarítmica: cómo derivar x^x y otras funciones

Derivación logarítmica: toma ln en ambos lados, deriva y multiplica por y. Pasos y ejemplos con x^x, potencias variables y productos complicados.

Reglas de derivación Actualizado 3 min de lectura

De un vistazo

\frac{dy}{dx} = y \cdot \frac{d}{dx}\big[\ln y\big]
Se aplica a
Bases variables con exponentes variables como x^x, y productos o cocientes largos de potencias
En palabras
Toma \ln en ambos lados, simplifica con las propiedades de los logaritmos, deriva y multiplica por y
Dato clave
\frac{d}{dx}\ln y = \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} por la regla de la cadena
Propiedades de los logaritmos usadas
\ln(ab) = \ln a + \ln b, \ln\frac{a}{b} = \ln a - \ln b, \ln a^k = k \ln a
Resultado clásico
\frac{d}{dx}\,x^x = x^x(\ln x + 1)
En esta página
  1. El método
  2. ¿Qué regla para cada potencia?
  3. Ejemplos resueltos
  4. Errores comunes

La derivación logarítmica es una técnica para funciones que son difíciles de derivar directamente. Tomas el logaritmo natural en ambos lados, usas las propiedades de los logaritmos para convertir productos, cocientes y potencias en sumas y múltiplos, derivas y luego despejas \frac{dy}{dx}. Es el único método estándar para derivar una función como x^x.

El método

Partiendo de y = f(x) con f(x) > 0:

  1. Toma el logaritmo natural en ambos lados: \ln y = \ln f(x).
  2. Simplifica el lado derecho con las propiedades de los logaritmos.
  3. Deriva ambos lados respecto a x. El lado izquierdo se convierte en \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} por la regla de la cadena.
  4. Multiplica ambos lados por y y sustituye de nuevo y = f(x).

En una línea:

\frac{dy}{dx} = y \cdot \frac{d}{dx}\big[\ln y\big]

Si f puede ser negativa, usa \ln|y|. La derivada de \ln|y| sigue siendo \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx}, así que la fórmula final no cambia.

¿Qué regla para cada potencia?

Forma Ejemplo Regla Derivada
constante elevada a constante 2^3 Regla de la constante 0
variable elevada a constante x^3 Regla de la potencia 3x^2
constante elevada a variable 3^x Regla exponencial 3^x\ln 3
variable elevada a variable x^x Derivación logarítmica x^x(\ln x + 1)

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: y = x^x (para x > 0). Toma logaritmos y baja el exponente:

\ln y = x\ln x

Deriva, usando la regla del producto en el lado derecho:

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \ln x + x \cdot \frac{1}{x} = \ln x + 1

Multiplica por y:

\frac{dy}{dx} = x^x(\ln x + 1)
Gráfica de y = xˣ y de su derivada xˣ(ln x + 1)
La derivada se anula cuando \ln x = -1, en x = \frac{1}{e} \approx 0.37, donde x^x alcanza su mínimo.

Ejemplo 2: y = x^{\sin x} (para x > 0). Entonces \ln y = \sin x \ln x, y

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \cos x \ln x + \frac{\sin x}{x} \quad\Rightarrow\quad \frac{dy}{dx} = x^{\sin x}\left(\cos x\ln x + \frac{\sin x}{x}\right)

Ejemplo 3: un cociente complicado. Para y = \frac{(x+1)^3\sqrt{x^2 + 4}}{(2x - 1)^5}, los logaritmos lo separan todo:

\ln y = 3\ln(x + 1) + \frac{1}{2}\ln(x^2 + 4) - 5\ln(2x - 1)

Deriva cada término con la regla de la cadena:

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \frac{3}{x + 1} + \frac{x}{x^2 + 4} - \frac{10}{2x - 1}

Por tanto,

\frac{dy}{dx} = \frac{(x+1)^3\sqrt{x^2 + 4}}{(2x - 1)^5}\left(\frac{3}{x + 1} + \frac{x}{x^2 + 4} - \frac{10}{2x - 1}\right)

Las reglas del cociente y del producto darían el mismo resultado, pero con mucha más álgebra.

Ejemplo 4: demostrar la regla de la potencia. Para y = x^n con cualquier n real y x > 0: \ln y = n\ln x, así que \frac{y'}{y} = \frac{n}{x} e y' = x^n \cdot \frac{n}{x} = n\,x^{n-1}. Así se extiende la regla de la potencia a cualquier exponente real.

Errores comunes

  1. Usar la regla de la potencia con x^x. x \cdot x^{x-1} = x^x es incorrecto. El exponente no es constante.
  2. Usar la regla exponencial con x^x. x^x\ln x también es incorrecto. La base no es constante. Fíjate en que el resultado correcto, x^x\ln x + x^x, es la suma de esas dos respuestas incorrectas.
  3. Olvidar multiplicar por y. Al derivar \ln y se obtiene \frac{y'}{y}. Despeja y' al final.
  4. Dejar y en el resultado. Sustituye y por la función original para que la derivada quede solo en función de x.

El método se basa en la derivación implícita y en la derivada de \ln x. Para repasar las derivadas exponenciales y logarítmicas, lee la guía de derivadas de funciones exponenciales y logarítmicas.

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Preguntas frecuentes

¿Qué es la derivación logarítmica?

Es una técnica en la que tomas el logaritmo natural en ambos lados de y = f(x), simplificas con las propiedades de los logaritmos, derivas implícitamente y despejas \frac{dy}{dx} multiplicando por y.

¿Cuál es la derivada de x^x?

Sea y = x^x, de modo que \ln y = x\ln x. Al derivar se obtiene \frac{y'}{y} = \ln x + 1, así que \frac{d}{dx}\,x^x = x^x(\ln x + 1) para x > 0.

¿Cuándo conviene usar la derivación logarítmica?

Úsala para una variable elevada a una potencia variable, y como atajo para productos y cocientes largos de potencias que exigirían varios pasos con las reglas del producto y del cociente.

¿Por qué no se puede usar la regla de la potencia con x^x?

La regla de la potencia necesita un exponente constante y la regla exponencial necesita una base constante. En x^x ambos son variables, así que no sirve ninguna de las dos.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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