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Funções algébricas

Funções potência f(x) = xⁿ: gráficos, derivada, integral e regras

Funções potência f(x) = xⁿ com n natural, negativo ou fracionário: gráficos, domínios, a derivada nxⁿ⁻¹, a integral e a exceção n = -1.

Funções algébricas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

f(x) = x^n
Domínio
Todos os reais para n \ge 0 natural; x \ne 0 para n negativo
Derivada
nx^{n-1}
Integral
\frac{x^{n+1}}{n+1} + C
Exceção
\int x^{-1}\,dx = \ln|x| + C
Par ou ímpar
Par para n natural par, ímpar para n natural ímpar
Passa por
(1, 1) para todo n
Nesta página
  1. Fórmula
  2. Gráficos de funções potência
  3. Derivada de uma função potência
  4. Integral de uma função potência
  5. Exemplos resolvidos
  6. Erros comuns
  7. Como se conecta

Uma função potência eleva a variável a um expoente fixo: f(x) = x^n. A família inclui parábolas, cúbicas, recíprocas e raízes, e uma única regra, a regra da potência, deriva todos os seus membros.

Fórmula

f(x) = x^n

O expoente n é uma constante. De modo mais geral, f(x) = kx^n com um coeficiente constante k. Membros comuns:

n Função Nome
0 1 constante
1 x função identidade
2 x^2 parábola
3 x^3 cúbica
-1 \frac{1}{x} recíproca
\frac{1}{2} \sqrt{x} raiz quadrada

Gráficos de funções potência

Gráficos das funções potência y = x², y = x³ e y = √x
Toda função potência passa por (1, 1). Potências pares são simétricas em relação ao eixo y, e potências ímpares são simétricas em relação à origem.

Como o expoente molda o gráfico:

  • n natural par (x^2, x^4, \ldots): formato de U, função par, imagem [0, \infty).
  • n natural ímpar (x^3, x^5, \ldots): formato de S, função ímpar, imagem igual a todos os reais.
  • n negativo (x^{-1}, x^{-2}, \ldots): não definida em 0, com assíntota vertical em x = 0 e assíntota horizontal y = 0.
  • n = \frac{p}{q} fracionário: uma raiz de índice par (q par) restringe o domínio a x \ge 0; uma raiz de índice ímpar permite todos os reais.
  • Em (0, 1), potências maiores são menores; em (1, \infty), potências maiores são maiores.

Derivada de uma função potência

\frac{d}{dx}\,x^n = nx^{n-1}

Desça o expoente multiplicando e depois subtraia um do expoente. Isso vale para toda constante real n onde x^n for diferenciável. Observe que, para 0 < n < 1, como em \sqrt{x}, a derivada tende ao infinito em x = 0, onde o gráfico tem reta tangente vertical.

Integral de uma função potência

\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C, \qquad n \ne -1

Some um ao expoente e depois divida pelo novo expoente. O caso n = -1 dividiria por zero; nesse caso

\int \frac{1}{x}\,dx = \ln|x| + C

Veja a regra da potência inversa.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1. \frac{d}{dx}x^7 = 7x^6.

Exemplo 2: expoente negativo. \frac{d}{dx}\frac{4}{x^3} = \frac{d}{dx}4x^{-3} = -12x^{-4} = -\frac{12}{x^4}.

Exemplo 3: expoente fracionário. \frac{d}{dx}\sqrt[3]{x} = \frac{d}{dx}x^{1/3} = \frac{1}{3}x^{-2/3}.

Exemplo 4: integral. \int x^{3/2}\,dx = \frac{x^{5/2}}{5/2} + C = \frac{2}{5}x^{5/2} + C.

Exemplo 5: integral definida. \int_1^4 \frac{1}{\sqrt{x}}\,dx = \left[2x^{1/2}\right]_1^4 = 4 - 2 = 2.

Erros comuns

  1. Usar a regra da potência em 2^x. Essa é uma função exponencial; sua derivada é 2^x\ln 2.
  2. Subtrair um de um expoente negativo na direção errada. A derivada de x^{-3} é -3x^{-4}, e não -3x^{-2}.
  3. Aplicar a fórmula da integral com n = -1. \frac{x^0}{0} não tem sentido; use \ln|x|.
  4. Não reescrever antes. Transforme \frac{1}{x^2} em x^{-2} e \sqrt{x} em x^{1/2} antes de usar qualquer uma das regras.

Como se conecta

Somas de funções potência com expoentes naturais são funções polinomiais, e as séries de potências estendem essa ideia a infinitos termos. Para um passo a passo mais detalhado com exercícios, leia o guia da regra da potência e o de antiderivadas.

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A regra da potência

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Perguntas frequentes

O que é uma função potência?

Uma função potência tem a forma f(x) = x^n (ou kx^n), em que o expoente n é uma constante. Exemplos: x^3, x^{-1} = \frac{1}{x} e x^{1/2} = \sqrt{x}.

Qual é a derivada de x^n?

Pela regra da potência, \frac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}. Isso vale para qualquer constante real n, incluindo expoentes negativos e fracionários.

Qual é a integral de x^n?

Para n \ne -1, \int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C. Quando n = -1, a fórmula dividiria por zero, e a integral passa a ser \ln|x| + C.

Qual é a diferença entre função potência e função exponencial?

Em uma função potência como x^2, a variável está na base e o expoente é fixo. Em uma função exponencial como 2^x, a base é fixa e a variável está no expoente, e as regras de derivação são completamente diferentes.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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