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Derivadas trigonométricas

Derivada de cos²x: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de cos²x es -2 sen x cos x, que es igual a -sen 2x. Demostración con la regla de la cadena, comprobación con identidades y ejemplos como cos²(4x).

Derivadas trigonométricas Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,\cos^2 x = -2\sin x\cos x = -\sin 2x
Derivada
-2\sin x\cos x
Simplificada
-\sin 2x
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}\cos^2 u = -2\cos u\sin u\cdot u'
No es lo mismo que
\cos(x^2), cuya derivada es -2x\sin(x^2)
Integral de cos²x
\int\cos^2 x\,dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin 2x}{4} + C
En esta página
  1. Gráfica de cos²x y de su derivada
  2. Demostración con la regla de la cadena
  3. Comprobación con una fórmula de reducción de potencias
  4. Comprobación con sen²x
  5. Variantes con la regla de la cadena
  6. Ejemplos resueltos
  7. Dónde te la encontrarás
  8. Errores comunes

La derivada de \cos^2 x es -2\sin x\cos x, que es lo mismo que -\sin 2x.

\frac{d}{dx}\,\cos^2 x = -2\sin x\cos x = -\sin 2x

Gráfica de cos²x y de su derivada

Gráfica de y = cos²x y de su derivada y = -sin 2x
\cos^2 x empieza en su máximo de 1 cuando x = 0 y baja. Su derivada -\sin 2x es negativa mientras la función baja y positiva mientras sube.

Demostración con la regla de la cadena

\cos^2 x significa (\cos x)^2. La función exterior es el cuadrado y la interior es \cos x. Con la regla de la cadena y la derivada de cos x:

\frac{d}{dx}(\cos x)^2 = 2\cos x\cdot(-\sin x) = -2\sin x\cos x

Como 2\sin x\cos x = \sin 2x, esto es -\sin 2x.

Comprobación con una fórmula de reducción de potencias

Usa \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2}:

\frac{d}{dx}\left(\frac{1}{2} + \frac{1}{2}\cos 2x\right) = \frac{1}{2}\cdot(-2\sin 2x) = -\sin 2x

Comprobación con sen²x

Como \cos^2 x = 1 - \sin^2 x, su derivada tiene que ser 0 - \sin 2x, la opuesta de la derivada de sen²x. Las dos gráficas son simétricas respecto a y = \frac{1}{2}, así que sus pendientes siempre son opuestas.

Variantes con la regla de la cadena

\frac{d}{dx}\cos^2 u = -2\cos u\sin u\cdot u' = -\sin(2u)\cdot u'
Función Derivada Simplificada
\cos^2(4x) -8\cos 4x\sin 4x -4\sin 8x
\cos^2(x^2) -4x\cos(x^2)\sin(x^2) -2x\sin(2x^2)
\cos^2(\pi x) -2\pi\cos(\pi x)\sin(\pi x) -\pi\sin(2\pi x)

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: un valor. En x = \frac{\pi}{6}, la pendiente es -\sin\frac{\pi}{3} = -\frac{\sqrt{3}}{2} \approx -0.866.

Ejemplo 2: una potencia mayor. \frac{d}{dx}\cos^3 x = 3\cos^2 x\cdot(-\sin x) = -3\cos^2 x\sin x.

Ejemplo 3: un producto. \frac{d}{dx}\left(x\cos^2 x\right) = \cos^2 x - x\sin 2x.

Ejemplo 4: ¿dónde es horizontal? -\sin 2x = 0 cuando x = \frac{k\pi}{2}. En los múltiplos pares de \frac{\pi}{2}, \cos^2 x = 1 (máximos). En los múltiplos impares, \cos^2 x = 0 (mínimos).

Dónde te la encontrarás

La función \cos^2 x aparece en física e ingeniería siempre que algo se eleva al cuadrado después de una onda coseno. La potencia de una corriente alterna es proporcional a \cos^2(\omega t), y la intensidad de la luz polarizada que atraviesa un filtro sigue \cos^2\theta. En cada caso, la derivada te dice con qué rapidez cambia esa magnitud. Como el resultado se simplifica a -\sin 2x, la tasa de cambio es a su vez una onda sencilla, el doble de rápida que el coseno original. Escribir el resultado en esa forma corta también facilita encontrar dónde la pendiente es cero, positiva o negativa.

Errores comunes

  1. Perder el signo menos. Lo aporta la derivada interior -\sin x.
  2. Responder 2\cos x o -\sin^2 x. Ninguna de las dos aplica bien la regla de la cadena.
  3. Confundir \cos^2 x con \cos(x^2). \frac{d}{dx}\cos(x^2) = -2x\sin(x^2).

La integral de \cos^2 x usa la misma identidad; consulta la integral de cos²x.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de cos²x?

Es -2\sin x\cos x, que se simplifica a -\sin 2x.

¿Cuál es la derivada de cos²(2x)?

Por la regla de la cadena, 2\cos(2x)\cdot(-\sin(2x))\cdot 2 = -4\sin(2x)\cos(2x) = -2\sin(4x).

¿Por qué aparece un signo menos?

La derivada interior es \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x. El signo menos viene de ahí.

¿Cuál es la derivada de cos²x - sen²x?

Como \cos^2 x - \sin^2 x = \cos 2x, la derivada es -2\sin 2x. Término a término, -\sin 2x - \sin 2x da lo mismo.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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