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Derivadas exponenciais e logarítmicas

Derivada de x ln x: fórmula, passo a passo e exemplos

A derivada de x ln x é ln x + 1. Veja os passos com a regra do produto, o mínimo em x = 1/e, a derivada segunda, o gráfico e exemplos parecidos.

Derivadas exponenciais e logarítmicas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\,x\ln x = \ln x + 1
Derivada
\ln x + 1 para x > 0
Derivada segunda
\dfrac{1}{x}
Mínimo
x = \frac{1}{e}, valor -\frac{1}{e} \approx -0.368
Limite em 0
\lim_{x \to 0^+} x\ln x = 0
Integral
\int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
Nesta página
  1. Passo a passo com a regra do produto
  2. Gráfico de x ln x e de sua derivada
  3. Encontrando o mínimo
  4. O que acontece perto de x = 0
  5. Exemplos relacionados
  6. Erros comuns

A derivada de x\ln x é \ln x + 1. É um produto, então a regra do produto faz todo o trabalho.

\frac{d}{dx}\,x\ln x = \ln x + 1, \qquad x > 0

Passo a passo com a regra do produto

A regra do produto diz que (fg)' = f'g + fg'. Tome f = x e g = \ln x:

  1. f' = 1.
  2. g' = \frac{1}{x}, pela derivada de ln x.
  3. Junte: 1\cdot\ln x + x\cdot\frac{1}{x} = \ln x + 1.

O x da frente cancela o \frac{1}{x} vindo do logaritmo, deixando uma resposta limpa.

Gráfico de x ln x e de sua derivada

Gráfico de y = x ln x e de sua derivada y = ln x + 1
A função desce até um mínimo de -\frac{1}{e} em x = \frac{1}{e}, exatamente onde sua derivada passa por zero.

Encontrando o mínimo

Iguale a derivada a zero:

\ln x + 1 = 0 \quad\Longrightarrow\quad \ln x = -1 \quad\Longrightarrow\quad x = e^{-1} = \frac{1}{e}

Para x < \frac{1}{e} a derivada é negativa, e para x > \frac{1}{e} é positiva, então este é um ponto de mínimo. Seu valor é

\frac{1}{e}\ln\frac{1}{e} = \frac{1}{e}\cdot(-1) = -\frac{1}{e} \approx -0.368

A derivada segunda confirma: \frac{d^2}{dx^2}x\ln x = \frac{1}{x}, que é positiva para todo x > 0, então a curva tem concavidade para cima em todo o domínio.

O que acontece perto de x = 0

O gráfico parece começar na origem, embora x\ln x não esteja definida em 0. Isso acontece porque \lim_{x \to 0^+} x\ln x = 0. Escreva como \frac{\ln x}{1/x} e aplique a regra de L'Hôpital:

\lim_{x \to 0^+}\frac{\ln x}{1/x} = \lim_{x \to 0^+}\frac{1/x}{-1/x^2} = \lim_{x \to 0^+}(-x) = 0

Enquanto isso, a inclinação \ln x + 1 vai para -\infty, então a curva sai da origem quase na vertical.

Exemplos relacionados

Exemplo 1. \frac{d}{dx}(x\ln x - x) = \ln x + 1 - 1 = \ln x. Isso mostra que x\ln x - x é uma primitiva de \ln x; veja a integral de ln x.

Exemplo 2. \frac{d}{dx}x^2\ln x = 2x\ln x + x^2\cdot\frac{1}{x} = 2x\ln x + x = x(2\ln x + 1).

Exemplo 3. \frac{d}{dx}\frac{\ln x}{x} = \frac{\frac{1}{x}\cdot x - \ln x}{x^2} = \frac{1 - \ln x}{x^2}, pela regra do quociente. Seu máximo está em x = e.

Exemplo 4. \frac{d}{dx}x\ln(3x) = \ln(3x) + 1, já que \frac{d}{dx}\ln(3x) = \frac{1}{x} também.

Erros comuns

  1. Multiplicar as derivadas. 1\cdot\frac{1}{x} = \frac{1}{x} não é a regra do produto. Você precisa dos dois termos.
  2. Esquecer o domínio. x\ln x só existe para x > 0, então a busca pelo mínimo acontece só ali.
  3. Confundir com x^x. \frac{d}{dx}x^x = x^x(\ln x + 1). O fator \ln x + 1 aparece porque x^x = e^{x\ln x}; veja a derivada de xˣ.

No sentido inverso, a integral de x ln x usa integração por partes. Pratique mais a regra do produto nos exercícios de regra do produto e do quociente.

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A regra do produto

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Perguntas frequentes

Qual é a derivada de x ln x?

A derivada de x\ln x é \ln x + 1.

Qual é a derivada segunda de x ln x?

Derive \ln x + 1 para obter \frac{1}{x}.

Onde está o mínimo de x ln x?

Em x = \frac{1}{e} \approx 0.368, onde \ln x + 1 = 0. O valor mínimo é \frac{1}{e}\ln\frac{1}{e} = -\frac{1}{e}.

Qual é a derivada de x ln x − x?

É (\ln x + 1) - 1 = \ln x. É por isso que \int\ln x\,dx = x\ln x - x + C.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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