Reglas de derivación. Cálculo de primitivas

ENUNCIADO.
(a) Sean $f$ y $g$ dos funciones derivables, de las que se conocen los siguientes datos: $f(1)=1$, $f'(1)=2$; $g(1)=3$, $g'(1)=4$. Se pide:
i) Dada la función $h(x)=f((x+1)^2)$, empléese la regla de la cadena para calcular $h'(0)$
ii) Dada la función $k(x)=\dfrac{f(x)}{g(x)}$, calcúlese $k'(1)$
(b) Calcúlese la integral $\displaystyle \int\,(\sin\,x)^4\,(\cos\,x)^3\,dx$ ( Sugerencia: utilízece el cambio de variable $\sin\,x=t$ )

SOLUCIÓN.
a.i)
Aplicando la regla de la cadena, $$h'(x)=\dfrac{dh(x)}{dx}=\dfrac{d(f(x+1)^2)}{d((x+1)^2)}\,\dfrac{d((x+1)^2}{dx}=2x\,\dfrac{d(f(x+1)^2)}{d((x+1)^2)}=2x\,f'((x+1)^2)$$ luego $$h'(0)=2\cdot 0\cdot f'((0+1)^2)=0\cdot f'(1)=0\cdot 2=0$$

a.ii)
Aplicando la regla de derivación del cociente de funcions $$k'(x)=\dfrac{f'(x)\,g(x)-g'(x)\,f(x)}{(g(x))^2}$$ luego $$k'(1)=\dfrac{f'(1)\,g(1)-g'(1)\,f(1)}{(g(1))^2}=\dfrac{2\cdot 3-4\cdot 1}{3^3}=\dfrac{2}{9}$$

b)
Con el cambio de variable $\sin\,x=t$, tenemos que $$\dfrac{dt}{dx}=\cos\,x \Rightarrow dt=\cos\,x\,dx=\sqrt{1-t^2}\,dx \Rightarrow dx= \dfrac{dt}{\sqrt{1-t^2}}$$, habida cuenta de que, por la Identidad Fundamental de la Trigonometría, $$\cos\,x=\sqrt{1-(\sin\,x)^2}=\sqrt{1-t^2}$$ Entonces,
$\displaystyle \int\,(\sin\,x)^4\,(\cos\,x)^3\,dx = \int\,t^4\,(1-t^2)^{3/2}\,\dfrac{dt}{(1-t^2)^{1/2}}=\int\,t^4\,(1-t^2)\,dt=$
  $=\displaystyle \int\,(t^4-t^6)\,dt=\dfrac{1}{5}\,t^5-\dfrac{1}{7}\,t^7+C=\dfrac{1}{5}\,(\sin\,x)^5-\dfrac{1}{7}\,(\sin\,x)^7+C$
$\square$

Derivar la función $y=x^x$ ... ( Artículo escrito en catalán )

Extraient logaritmes a cada costat de la igualtat queda
$\displaystyle \ln{f(x)}=h(x)\, \ln{g(x)}$
derivant a cada membre de la igualtat obtenim
$\displaystyle \frac{f^{'}(x)}{f(x)}=h^{'}(x)\,\cdot\,\ln{g(x)} + h(x)\,\cdot\,\dfrac{1}{g(x)}\,\cdot\,g^{'}(x)$
Aïllant, finalment, $f'(x)$, trobem
$\displaystyle f'(x)=f(x)\,\cdot\,\Bigg(h^{'}(x)\,\cdot\,\ln{g(x)} + h(x)\,\cdot\,\dfrac{1}{g(x)}\,\cdot\,g^{'}(x)\Bigg)$
$\square$

Exemple 1
Trobeu la funció derivada de la funció $y=x^x$

===

Extraient logaritmes a cada membre
$\ln{y}=x\,\cdot\,\ln{x}$
Derivant a cada membre
$\dfrac{y^{'}}{y}=1\,\cdot\,\ln{x}+x\,\cdot\,\dfrac{1}{x}$
que, aïllant $y^{'}$, i simplificant
$\displaystyle y^{'}=x^x \, \cdot \, \big(\ln{x}+1\big)$
$\square$

Exemple 2
Demostreu que si $y=x^{k}$, on $k \in \mathbb{R}$, llavors
$y^{'}=k\,\cdot\,x^{k-1}$

===

Extraiem logaritmes a cada membre

$\ln{y}=k\,\ln{x}$

i, derivant (a cada costat de la igualtat), podem escriure

$\dfrac{1}{y}\,\cdot\,y^{'}=k\,\cdot\,\dfrac{1}{x}$

per acabar, aïllem $y^{'}$ del primer membre

$y^{'}=y\,\cdot\,\dfrac{k}{x}$

expressió que, donada la definició de $y$, s'escriu

$y^{'}=x^{k}\,\cdot\,\dfrac{k}{x}$

i, simplificant

$y^{'}=k\,\cdot\, x^{k-1}$

$\square$

[nota del autor]