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Regras de derivação

Regra da potência para derivadas: fórmula, exemplos e demonstração

A regra da potência: a derivada de x^n é n·x^(n−1). Fórmula, exemplos com expoentes negativos e fracionários, uma demonstração curta e erros comuns.

Regras de derivação Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

\frac{d}{dx}\, x^n = n\,x^{n-1}
Aplica-se a
Qualquer potência de x com expoente constante n (positivo, negativo, fracionário ou decimal)
Em palavras
Desça o expoente para a frente e depois subtraia um do expoente
Não se aplica a
Exponenciais como 2^x ou e^x, em que a variável está no expoente
Versão para integrais
\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C para n \ne -1
Regras relacionadas
Regra da constante multiplicativa, regra da soma, regra da cadeia
Nesta página
  1. A fórmula da regra da potência
  2. Exemplos
  3. Quando usar a regra da potência
  4. A regra da potência ao contrário: integração
  5. Por que a regra da potência funciona
  6. Erros comuns

A regra da potência é o primeiro atalho de derivação que a maioria dos estudantes aprende, e o mais usado. Ela deriva qualquer potência de x em um único passo, sem precisar de limites.

A fórmula da regra da potência

Para qualquer expoente constante n:

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

Dois movimentos: desça o expoente como coeficiente e depois subtraia um do expoente.

Gráfico de y = x³ e de sua derivada y = 3x²
Onde x^3 é íngreme, sua derivada 3x^2 é grande. Em x = 0 a curva fica momentaneamente plana, e 3x^2 = 0.

Exemplos

Função Reescrita Derivada
x^5 x^5 5x^4
x x^1 1
7 7x^0 0
\frac{1}{x^2} x^{-2} -2x^{-3} = -\frac{2}{x^3}
\sqrt{x} x^{1/2} \frac{1}{2}x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}}
\sqrt[3]{x^2} x^{2/3} \frac{2}{3}x^{-1/3}

Exemplo: um polinômio. Combine a regra da potência com a regra da soma e a regra da constante multiplicativa:

\frac{d}{dx}\left(4x^3 - 5x^2 + 2x - 9\right) = 12x^2 - 10x + 2

Exemplo: uma potência negativa. Para derivar f(x) = \frac{3}{x^4}, reescreva como 3x^{-4}:

f'(x) = 3 \cdot (-4)x^{-5} = -\frac{12}{x^5}

Repare que o expoente vai de -4 para -5, e não para -3. Subtrair um de um número negativo o torna mais negativo.

Quando usar a regra da potência

Use sempre que vir uma variável elevada a uma potência constante, depois de qualquer reescrita. Na prática, isso significa:

  • polinômios, um termo de cada vez;
  • raízes, depois de convertê-las em expoentes fracionários;
  • termos com x no denominador, depois de convertê-los em expoentes negativos;
  • a camada externa de uma função como (x^2+1)^5, junto com a regra da cadeia.

Se o expoente contém x, como em x^x ou 3^x, a regra da potência é a ferramenta errada. Esses casos pedem as regras da exponencial ou a derivação logarítmica.

A regra da potência ao contrário: integração

A integração desfaz a derivação, então a regra da potência tem uma imagem espelhada. Para integrar x^n, some um ao expoente e depois divida pelo novo expoente:

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

Por exemplo, \int x^3\,dx = \frac{x^4}{4} + C. A única exceção é n = -1, em que \int x^{-1}\,dx = \ln|x| + C. Veja a regra da potência inversa.

Por que a regra da potência funciona

Para um expoente inteiro, expanda (x+h)^n pelo binômio de Newton dentro da definição da derivada por limite:

\frac{(x+h)^n - x^n}{h} = \frac{nx^{n-1}h + \binom{n}{2}x^{n-2}h^2 + \cdots + h^n}{h} = nx^{n-1} + h(\ldots)

Quando h \to 0, todo termo que contém h desaparece, restando nx^{n-1}. A regra se estende a todos os expoentes reais por derivação logarítmica.

Erros comuns

  1. Subtrair um antes de descer o expoente. \frac{d}{dx}x^4 é 4x^3, não 3x^3.
  2. Usá-la em exponenciais. \frac{d}{dx}2^x \ne x \cdot 2^{x-1}. A variável está no expoente, então você precisa da regra da exponencial.
  3. Não reescrever antes. Você não pode aplicar a regra da potência a \frac{1}{x^2} até escrevê-la como x^{-2}.
  4. Esquecer a regra da cadeia. Para (3x+1)^4, a regra da potência dá só parte da resposta. Você também multiplica pela derivada de dentro, 3. Veja a regra da cadeia.

Para uma explicação mais longa com mais exercícios, leia o guia completo da regra da potência.

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A regra da potência

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Perguntas frequentes

O que é a regra da potência no cálculo?

A regra da potência é o atalho de derivação \frac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}. Você multiplica pelo expoente e depois diminui o expoente em um.

A regra da potência vale para expoentes negativos e fracionários?

Sim. Ela vale para qualquer expoente real constante. Por exemplo, \frac{d}{dx}x^{-2} = -2x^{-3} e \frac{d}{dx}x^{1/2} = \frac{1}{2}x^{-1/2}.

Qual é a derivada de uma constante pela regra da potência?

Uma constante c pode ser escrita como cx^0, e a regra da potência dá 0 \cdot cx^{-1} = 0. A derivada de qualquer constante é zero.

Por que a regra da potência não funciona para 2^x?

Em 2^x a variável está no expoente, então é uma função exponencial, não uma potência. Sua derivada é 2^x \ln 2.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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