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Derivadas exponenciais e logarítmicas

Derivada de 2ˣ e aˣ: fórmula, demonstração e exemplos

A derivada de 2ˣ é 2ˣ ln 2, e a de aˣ é aˣ ln a. Veja a demonstração escrevendo aˣ como e^(x ln a), exemplos com a regra da cadeia e o gráfico.

Derivadas exponenciais e logarítmicas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\,2^x = 2^x\ln 2
Derivada de 2ˣ
2^x\ln 2 \approx 0.693\cdot 2^x
Base qualquer
\dfrac{d}{dx}a^x = a^x\ln a para a > 0
Com a regra da cadeia
\dfrac{d}{dx}a^u = a^u\ln a\cdot u'
Reescrita-chave
a^x = e^{x\ln a}
Versão para integrais
\int 2^x\,dx = \dfrac{2^x}{\ln 2} + C
Nesta página
  1. Gráfico de 2ˣ e de sua derivada
  2. Demonstração: reescrever na base e
  3. O tamanho do fator ln a
  4. Versão com a regra da cadeia e exemplos
  5. 2ˣ versus x²
  6. Erros comuns

A derivada de 2^x é 2^x\ln 2. O mesmo padrão vale para toda 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, a inclinação de 2^x é sempre cerca de 69\% da sua altura.

Gráfico de 2ˣ e de sua derivada

Gráfico de y = 2ˣ e de sua derivada y = 2ˣ ln 2
A derivada tem a mesma forma de 2^x, reduzida pelo fator \ln 2 \approx 0.693. Em x = 0 a função vale 1 e a inclinação é \ln 2.

Demonstração: reescrever na base e

Qualquer base positiva pode ser escrita como uma potência de e, porque a = e^{\ln a}:

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

Agora \ln a é apenas uma constante, então a regra da cadeia junto com a derivada de eˣ dá

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

Para a = 2 isso é 2^x\ln 2. Para a = e é e^x\ln e = e^x, e é por isso que e é a base natural: é a única base sem fator extra.

O tamanho do fator 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 é negativo, então a^x é decrescente. Isso corresponde ao gráfico do decaimento exponencial.

Versão com a regra da cadeia e exemplos

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

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

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

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

Exemplo 4: regra do produto. Para f(x) = x\cdot 2^x, a regra do produto dá

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

Exemplo 5: taxa de crescimento. Uma população P(t) = 500\cdot 2^t dobra a cada unidade de tempo. Sua taxa de crescimento em t = 3 é P'(3) = 500\cdot 8\ln 2 \approx 2773 por unidade de tempo.

2ˣ versus x²

Função Base Expoente Regra Derivada
x^2 variável constante regra da potência 2x
2^x constante variável regra da exponencial 2^x\ln 2
x^x variável variável derivação logarítmica x^x(\ln x + 1)

Quando base e expoente variam ao mesmo tempo, nenhuma das duas regras funciona sozinha. Veja a derivada de xˣ.

Erros comuns

  1. Usar a regra da potência: x\cdot 2^{x-1}. É a regra errada para um expoente variável.
  2. Esquecer o \ln 2. Isso só estaria certo para a base e.
  3. Escrever \log 2 em vez de \ln 2. O fator é o logaritmo natural.

O caminho inverso, \int 2^x\,dx = \frac{2^x}{\ln 2} + C, está na página da integral de 2ˣ. A função inversa, \log_2 x, é tratada na página da derivada de log x. Veja também funções exponenciais.

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Perguntas frequentes

Qual é a derivada de 2^x?

A derivada de 2^x é 2^x\ln 2, que é aproximadamente 0.693\cdot 2^x.

Qual é a derivada de a^x?

Para qualquer constante a > 0, \frac{d}{dx}a^x = a^x\ln a. Por exemplo, \frac{d}{dx}10^x = 10^x\ln 10 e \frac{d}{dx}3^x = 3^x\ln 3.

Por que a derivada de 2^x não é x·2^(x−1)?

Essa é a regra da potência, que exige base variável e expoente constante. Em 2^x a base é constante e o expoente é a variável, então você usa a regra da exponencial.

Qual é a derivada de 2^(3x)?

Pela regra da cadeia, 2^{3x}\ln 2\cdot 3 = 3\ln 2\cdot 2^{3x}.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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