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Regras de derivação

Derivação logarítmica: como derivar x^x e outras funções

Derivação logarítmica: aplique ln nos dois lados, derive e multiplique por y. Passo a passo e exemplos para x^x, expoentes variáveis e produtos longos.

Regras de derivação Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\frac{dy}{dx} = y \cdot \frac{d}{dx}\big[\ln y\big]
Aplica-se a
Bases variáveis com expoentes variáveis, como x^x, e produtos ou quocientes longos de potências
Em palavras
Aplique \ln nos dois lados, simplifique com as propriedades dos logaritmos, derive e multiplique por y
Fato-chave
\frac{d}{dx}\ln y = \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} pela regra da cadeia
Propriedades usadas
\ln(ab) = \ln a + \ln b, \ln\frac{a}{b} = \ln a - \ln b, \ln a^k = k \ln a
Resultado clássico
\frac{d}{dx}\,x^x = x^x(\ln x + 1)
Nesta página
  1. O método
  2. Qual regra para cada potência?
  3. Exemplos resolvidos
  4. Erros comuns

A derivação logarítmica é uma técnica para funções difíceis de derivar diretamente. Você aplica o logaritmo natural nos dois lados, usa as propriedades dos logaritmos para transformar produtos, quocientes e potências em somas e múltiplos, deriva e então isola \frac{dy}{dx}. É o único método usual para derivar uma função como x^x.

O método

Partindo de y = f(x) com f(x) > 0:

  1. Aplique o logaritmo natural nos dois lados: \ln y = \ln f(x).
  2. Simplifique o lado direito com as propriedades dos logaritmos.
  3. Derive os dois lados em relação a x. O lado esquerdo vira \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} pela regra da cadeia.
  4. Multiplique os dois lados por y e substitua y = f(x) de volta.

Em uma linha:

\frac{dy}{dx} = y \cdot \frac{d}{dx}\big[\ln y\big]

Se f puder ser negativa, use \ln|y|. A derivada de \ln|y| continua sendo \frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx}, então a fórmula final não muda.

Qual regra para cada potência?

Forma Exemplo Regra Derivada
constante elevada a constante 2^3 Regra da constante 0
variável elevada a constante x^3 Regra da potência 3x^2
constante elevada a variável 3^x Regra da exponencial 3^x\ln 3
variável elevada a variável x^x Derivação logarítmica x^x(\ln x + 1)

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: y = x^x (para x > 0). Aplique o logaritmo e desça o expoente:

\ln y = x\ln x

Derive, usando a regra do produto no lado direito:

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \ln x + x \cdot \frac{1}{x} = \ln x + 1

Multiplique por y:

\frac{dy}{dx} = x^x(\ln x + 1)
Gráfico de y = xˣ e de sua derivada xˣ(ln x + 1)
A derivada se anula quando \ln x = -1, em x = \frac{1}{e} \approx 0.37, onde x^x atinge seu mínimo.

Exemplo 2: y = x^{\sin x} (para x > 0). Então \ln y = \sin x \ln x, e

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \cos x \ln x + \frac{\sin x}{x} \quad\Rightarrow\quad \frac{dy}{dx} = x^{\sin x}\left(\cos x\ln x + \frac{\sin x}{x}\right)

Exemplo 3: um quociente complicado. Para y = \frac{(x+1)^3\sqrt{x^2 + 4}}{(2x - 1)^5}, os logaritmos separam tudo:

\ln y = 3\ln(x + 1) + \frac{1}{2}\ln(x^2 + 4) - 5\ln(2x - 1)

Derive cada termo com a regra da cadeia:

\frac{1}{y}\,\frac{dy}{dx} = \frac{3}{x + 1} + \frac{x}{x^2 + 4} - \frac{10}{2x - 1}

Assim

\frac{dy}{dx} = \frac{(x+1)^3\sqrt{x^2 + 4}}{(2x - 1)^5}\left(\frac{3}{x + 1} + \frac{x}{x^2 + 4} - \frac{10}{2x - 1}\right)

As regras do quociente e do produto chegariam à mesma resposta, mas com muito mais álgebra.

Exemplo 4: demonstrando a regra da potência. Para y = x^n com qualquer n real e x > 0: \ln y = n\ln x, logo \frac{y'}{y} = \frac{n}{x} e y' = x^n \cdot \frac{n}{x} = n\,x^{n-1}. É assim que a regra da potência se estende a qualquer expoente real.

Erros comuns

  1. Usar a regra da potência em x^x. x \cdot x^{x-1} = x^x está errado. O expoente não é constante.
  2. Usar a regra da exponencial em x^x. x^x\ln x também está errado. A base não é constante. Repare que a resposta correta x^x\ln x + x^x é a soma dessas duas respostas erradas.
  3. Esquecer de multiplicar por y. Derivar \ln y dá \frac{y'}{y}. Isole y' no final.
  4. Deixar y na resposta. Substitua y pela função original para que a derivada fique só em função de x.

O método se apoia na derivação implícita e na derivada de \ln x. Para revisar as derivadas de exponenciais e logaritmos, leia o guia de derivadas de funções exponenciais e logarítmicas.

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Perguntas frequentes

O que é derivação logarítmica?

É uma técnica em que você aplica o logaritmo natural nos dois lados de y = f(x), simplifica com as propriedades dos logaritmos, deriva implicitamente e isola \frac{dy}{dx} multiplicando por y.

Qual é a derivada de x^x?

Seja y = x^x, então \ln y = x\ln x. Derivando, obtemos \frac{y'}{y} = \ln x + 1, logo \frac{d}{dx}\,x^x = x^x(\ln x + 1) para x > 0.

Quando usar a derivação logarítmica?

Use para uma variável elevada a uma potência variável e como atalho para produtos e quocientes longos de potências, que exigiriam várias aplicações das regras do produto e do quociente.

Por que não dá para usar a regra da potência em x^x?

A regra da potência exige um expoente constante e a regra da exponencial exige uma base constante. Em x^x os dois são variáveis, então nenhuma das regras se aplica.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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