practicecalculus
Derivadas

La definición de derivada por límites, paso a paso

Aprende la definición de derivada como límite: el cociente de diferencias, cómo la secante se vuelve tangente y ejemplos resueltos para x², 1/x y √x.

Por el equipo de PracticeCalculus Publicado 8 min de lectura

En esta página
  1. ¿Qué es la derivada? La definición en palabras sencillas
  2. De las rectas secantes a la recta tangente
  3. Cómo usar la definición por límites: el método general
  4. Ejemplo resuelto 1: la derivada de x²
  5. Ejemplo resuelto 2: la derivada de 1/x
  6. Ejemplo resuelto 3: la derivada de √x
  7. Ejemplo resuelto 4: la forma alternativa en un punto
  8. Qué te dice la derivada
  9. Cuándo la derivada no existe
  10. Errores comunes con la definición por límites
  11. Referencia rápida
  12. La práctica construye el álgebra

La pendiente de una recta es fácil: lo que sube entre lo que avanza. Pero una curva como y = x^2 se vuelve más empinada a medida que avanzas hacia la derecha, así que ¿qué significa siquiera "la pendiente en x = 1"? La definición de derivada por límites responde eso con precisión, y es la base sobre la que se construye cada regla de derivación.

¿Qué es la derivada? La definición en palabras sencillas

La derivada de una función en un punto es la pendiente de la recta tangente en ese punto: la tasa de cambio instantánea. La encontramos tomando la pendiente entre dos puntos de la curva y dejando que el segundo punto se deslice hacia el primero.

Formalmente, la derivada de f es

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

siempre que este límite exista. La fracción dentro del límite se llama cociente de diferencias.

En un punto concreto x = a, la misma definición se suele escribir en una forma alternativa equivalente:

f'(a) = \lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x - a}

De las rectas secantes a la recta tangente

Una recta secante pasa por dos puntos de una curva. Toma los puntos (x, f(x)) y (x + h, f(x + h)). Lo que sube es f(x+h) - f(x) y lo que avanza es h, así que la pendiente de la recta secante es exactamente el cociente de diferencias:

\text{pendiente de la secante} = \frac{f(x+h) - f(x)}{h}

Ahora haz h más pequeño. El segundo punto se desliza por la curva hacia el primero, y la recta secante gira. En el límite, los dos puntos se juntan y la recta secante se convierte en la recta tangente. Su pendiente es la derivada.

Aquí está f(x) = x^2 en x = 1:

h Segundo punto Pendiente de la secante \frac{(1+h)^2 - 1}{h}
1 (2, 4) 3
0.5 (1.5, 2.25) 2.5
0.1 (1.1, 1.21) 2.1
0.01 (1.01, 1.0201) 2.01

Las pendientes se acercan a 2. Así que la pendiente de la recta tangente a y = x^2 en x = 1 es 2.

Rectas secantes de y = x² por (1, 1) que se acercan a la recta tangente y = 2x − 1
Las rectas secantes con h = 1 (pendiente 3) y h = 0.5 (pendiente 2.5) giran hacia la recta tangente en x = 1, que tiene pendiente 2.

Cómo usar la definición por límites: el método general

Todo problema de derivada por definición sigue los mismos cuatro pasos.

  1. Escribe f(x + h) reemplazando cada x de la fórmula por (x + h).
  2. Forma el cociente de diferencias \frac{f(x+h) - f(x)}{h}.
  3. Simplifica hasta que se cancele la h del denominador. (Sustituir h = 0 de entrada siempre da \frac{0}{0}.)
  4. Haz h \to 0 sustituyendo h = 0 en lo que queda.

El álgebra del paso 3 depende de la función. Son las mismas técnicas que se usan para calcular límites:

Tipo de función Técnica para simplificar
Polinomio Desarrollar y cancelar
Fracción (como \frac{1}{x}) Combinar con un denominador común
Raíz cuadrada Multiplicar por el conjugado

Ejemplo resuelto 1: la derivada de x²

Encuentra f'(x) para f(x) = x^2 usando la definición por límites.

Paso 1. Escribe f(x + h).

f(x + h) = (x + h)^2 = x^2 + 2xh + h^2

Paso 2. Forma el cociente de diferencias.

\frac{f(x+h) - f(x)}{h} = \frac{x^2 + 2xh + h^2 - x^2}{h} = \frac{2xh + h^2}{h}

Paso 3. Saca h como factor común y cancela.

\frac{h(2x + h)}{h} = 2x + h \quad (h \neq 0)

Paso 4. Haz h \to 0.

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

En x = 1 esto da f'(1) = 2, lo que coincide con la tabla. La recta tangente ahí es y - 1 = 2(x - 1), o sea y = 2x - 1.

Ejemplo resuelto 2: la derivada de 1/x

Encuentra f'(x) para f(x) = \frac{1}{x}.

Paso 1. Escribe f(x + h). f(x + h) = \frac{1}{x + h}.

Paso 2. Forma el cociente de diferencias.

\frac{\frac{1}{x+h} - \frac{1}{x}}{h}

Paso 3. Combina el numerador con un denominador común.

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

Al dividir entre h, se cancela:

\frac{-h}{x(x+h)} \cdot \frac{1}{h} = \frac{-1}{x(x + h)}

Paso 4. Haz h \to 0.

f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{-1}{x(x+h)} = -\frac{1}{x^2}

La derivada es negativa para todo x \neq 0, lo que coincide con la gráfica de \frac{1}{x}: baja en ambas ramas. En x = 1 la pendiente es -1, así que la recta tangente es y = -x + 2.

Gráfica de y = 1/x con su recta tangente y = −x + 2 en el punto (1, 1)
Por la definición por límites, la derivada de \frac{1}{x} es -\frac{1}{x^2}, así que la pendiente en x = 1 es -1.

Ejemplo resuelto 3: la derivada de √x

Encuentra f'(x) para f(x) = \sqrt{x}.

Paso 1. Escribe el cociente de diferencias.

\frac{\sqrt{x + h} - \sqrt{x}}{h}

Sustituir h = 0 da \frac{0}{0}, y no hay nada que desarrollar. Una diferencia de raíces cuadradas pide el conjugado.

Paso 2. Multiplica por el conjugado sobre sí mismo.

\frac{\sqrt{x + h} - \sqrt{x}}{h} \cdot \frac{\sqrt{x + h} + \sqrt{x}}{\sqrt{x + h} + \sqrt{x}} = \frac{(x + h) - x}{h\left(\sqrt{x + h} + \sqrt{x}\right)}

Paso 3. Simplifica y cancela. El numerador es simplemente h:

\frac{h}{h\left(\sqrt{x + h} + \sqrt{x}\right)} = \frac{1}{\sqrt{x + h} + \sqrt{x}}

Paso 4. Haz h \to 0.

f'(x) = \frac{1}{\sqrt{x} + \sqrt{x}} = \frac{1}{2\sqrt{x}}

Esto vale para x > 0. En x = 0 la pendiente se dispara: la gráfica de \sqrt{x} empieza con una tangente vertical. En x = 4, f'(4) = \frac{1}{2 \cdot 2} = \frac{1}{4}, así que la recta tangente ahí es y = \frac{1}{4}x + 1.

Ejemplo resuelto 4: la forma alternativa en un punto

Encuentra f'(3) para f(x) = x^2 - 4x usando f'(a) = \lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x - a}.

Paso 1. Calcula f(3). f(3) = 9 - 12 = -3.

Paso 2. Plantea el límite.

f'(3) = \lim_{x \to 3} \frac{x^2 - 4x - (-3)}{x - 3} = \lim_{x \to 3} \frac{x^2 - 4x + 3}{x - 3}

Paso 3. Factoriza y cancela. x^2 - 4x + 3 = (x - 3)(x - 1), así que el límite se convierte en \lim_{x \to 3} (x - 1).

Paso 4. Sustituye. f'(3) = 3 - 1 = 2.

Compruébalo con la regla de la potencia: f'(x) = 2x - 4, y f'(3) = 2.

Qué te dice la derivada

Una vez que tienes f'(x), te da más que la pendiente en un punto. Es una nueva función que informa la pendiente en cada punto, y esa pendiente tiene un significado según el contexto.

  • Pendiente de la recta tangente. f'(a) es la pendiente de la recta que apenas toca la gráfica en x = a. La recta tangente es y = f(a) + f'(a)(x - a).
  • Tasa de cambio instantánea. Si s(t) es la posición en el instante t, el cociente de diferencias es una velocidad promedio en un intervalo de tiempo de longitud h. Su límite, s'(t), es la velocidad en el instante t.
  • Creciente o decreciente. Donde f'(x) > 0 la gráfica sube; donde f'(x) < 0 baja. Para f(x) = x^2, f'(x) = 2x es negativa para x < 0 y positiva para x > 0, que es exactamente la forma de la parábola.

La notación varía según el libro, pero todas estas significan lo mismo:

f'(x) \qquad \frac{dy}{dx} \qquad \frac{d}{dx} f(x) \qquad y'

La forma de Leibniz \frac{dy}{dx} recuerda de dónde viene la derivada: un pequeño cambio en y dividido entre un pequeño cambio en x, en el límite.

Cuándo la derivada no existe

El límite de la definición puede fallar. Para f(x) = |x| en x = 0, el cociente de diferencias es \frac{|h|}{h}, que vale 1 para h > 0 y -1 para h < 0. Los límites laterales no coinciden, así que f'(0) no existe. Gráficamente, el pico en el origen no tiene una única recta tangente. Las funciones tampoco son derivables en saltos, huecos y tangentes verticales, así que una función debe ser continua para tener derivada.

Errores comunes con la definición por límites

  1. Escribir f(x) + h en lugar de f(x + h). Para f(x) = x^2, f(x + h) es (x + h)^2, no x^2 + h.
  2. Desarrollar (x + h)^2 como x^2 + h^2. El término del medio, 2xh, es toda la derivada. Nunca lo pierdas.
  3. Sustituir h = 0 demasiado pronto. Si queda alguna h sola en un denominador, sigue simplificando.
  4. Perder el signo menos en f(x+h) - f(x). Pon f(x) entre paréntesis: -(x^2 - 4x) se distribuye a ambos términos.
  5. Quitar el \lim. Escribe \lim_{h \to 0} en cada línea hasta que realmente hagas h \to 0.

Referencia rápida

f(x) Paso algebraico clave f'(x)
x^2 Desarrollar (x+h)^2 2x
x^3 Desarrollar (x+h)^3 3x^2
\frac{1}{x} Denominador común -\frac{1}{x^2}
\sqrt{x} Conjugado \frac{1}{2\sqrt{x}}
mx + b Cancelar directamente m

La práctica construye el álgebra

La definición por límites es sobre todo álgebra cuidadosa: desarrollar, combinar fracciones y multiplicar por conjugados sin perder ningún término. La lección interactiva de abajo te guía por los cocientes de diferencias paso a paso, revisa cada línea al instante y te muestra exactamente dónde se perdió un signo o un 2xh. Cuando lo entiendas, las reglas rápidas de derivación tendrán todo el sentido.

Practícalo ahora

La definición por límite

Resuelve problemas reales de este tema con corrección al instante, pistas y una solución paso a paso para cada respuesta. Gratis y sin registro para empezar.

Practicar esta lección

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la definición de derivada por límites?

La derivada de f en x es f'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h) - f(x)}{h}. Es el límite de las pendientes de las rectas secantes que pasan por (x, f(x)) y un punto cercano, y da la pendiente de la recta tangente.

¿Qué es el cociente de diferencias?

El cociente de diferencias es \frac{f(x+h) - f(x)}{h}. Es la pendiente de la recta que pasa por dos puntos de la gráfica separados por una distancia horizontal h, así que mide la tasa de cambio promedio en ese intervalo.

¿Por qué necesitamos la definición por límites si existen reglas de derivación?

Las reglas, como la regla de la potencia, se demuestran a partir de la definición por límites. Aprenderla muestra por qué las reglas son ciertas, y algunos cursos y exámenes piden calcular una derivada "por definición" para comprobar que entiendes qué es una derivada.

¿Cuál es la forma alternativa de la definición de derivada?

En un punto concreto a, puedes escribir f'(a) = \lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x - a}. Es la misma idea, con el segundo punto escrito como x en lugar de a + h.

¿Por qué no funciona sustituir h = 0?

Porque tanto el numerador como el denominador se vuelven 0, lo que da la forma indeterminada \frac{0}{0}. El límite pregunta qué pasa cuando h se acerca a 0, así que simplificas algebraicamente hasta que se cancele el factor h y luego haces h \to 0.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

Creamos lecciones interactivas de cálculo y escribimos cada página para que sea clara y correcta. ¿Has visto algo raro? Avísanos y lo corregiremos.