Cálculo Ejemplos

$y = x^{2} \sin^{4} (x) + x \cos^{- 3} (x)$

Paso 1

Diferencia ambos lados de la ecuación.

$\frac{d}{d x} (y) = \frac{d}{d x} (x^{2} \sin^{4} (x) + x \cos^{- 3} (x))$

Paso 2

La derivada de $y$ con respecto a $x$ es $y'$ .

$y'$

Paso 3

Diferencia el lado derecho de la ecuación.

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Paso 3.1

Según la regla de la suma, la derivada de $x^{2} \sin^{4} (x) + x \cos^{- 3} (x)$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x^{2} \sin^{4} (x)] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} \sin^{4} (x)] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2

Evalúa $\frac{d}{d x} [x^{2} \sin^{4} (x)]$ .

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Paso 3.2.1

Diferencia con la regla del producto, que establece que $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ es $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ donde $f (x) = x^{2}$ y $g (x) = \sin^{4} (x)$ .

$x^{2} \frac{d}{d x} [\sin^{4} (x)] + \sin^{4} (x) \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{4}$ y $g (x) = \sin (x)$ .

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Paso 3.2.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u_{1}$ como $\sin (x)$ .

$x^{2} (\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{4}] \frac{d}{d x} [\sin (x)]) + \sin^{4} (x) \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2.2.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ es $n {u_{1}}^{n - 1}$ donde $n = 4$ .

$x^{2} (4 {u_{1}}^{3} \frac{d}{d x} [\sin (x)]) + \sin^{4} (x) \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2.2.3

Reemplaza todos los casos de $u_{1}$ con $\sin (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \frac{d}{d x} [\sin (x)]) + \sin^{4} (x) \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2.3

La derivada de $\sin (x)$ con respecto a $x$ es $\cos (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.2.4

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + \frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$

Paso 3.3

Evalúa $\frac{d}{d x} [x \cos^{- 3} (x)]$ .

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Paso 3.3.1

Diferencia con la regla del producto, que establece que $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ es $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ donde $f (x) = x$ y $g (x) = \cos^{- 3} (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x \frac{d}{d x} [\cos^{- 3} (x)] + \cos^{- 3} (x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 3.3.2

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = x^{- 3}$ y $g (x) = \cos (x)$ .

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Paso 3.3.2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u_{2}$ como $\cos (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{- 3}] \frac{d}{d x} [\cos (x)]) + \cos^{- 3} (x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 3.3.2.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{n}]$ es $n {u_{2}}^{n - 1}$ donde $n = - 3$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (- 3 {u_{2}}^{- 4} \frac{d}{d x} [\cos (x)]) + \cos^{- 3} (x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 3.3.2.3

Reemplaza todos los casos de $u_{2}$ con $\cos (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (- 3 \cos^{- 4} (x) \frac{d}{d x} [\cos (x)]) + \cos^{- 3} (x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 3.3.3

La derivada de $\cos (x)$ con respecto a $x$ es $- \sin (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (- 3 \cos^{- 4} (x) (- \sin (x))) + \cos^{- 3} (x) \frac{d}{d x} [x]$

Paso 3.3.4

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (- 3 \cos^{- 4} (x) (- \sin (x))) + \cos^{- 3} (x) \cdot 1$

Paso 3.3.5

Multiplica $- 1$ por $- 3$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \cos^{- 4} (x) \sin (x)) + \cos^{- 3} (x) \cdot 1$

Paso 3.3.6

Multiplica $\cos^{- 3} (x)$ por $1$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \cos^{- 4} (x) \sin (x)) + \cos^{- 3} (x)$

Paso 3.4

Simplifica.

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Paso 3.4.1

Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \frac{1}{\cos^{4} (x)} \sin (x)) + \cos^{- 3} (x)$

Paso 3.4.2

Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \frac{1}{\cos^{4} (x)} \sin (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.3

Combina los términos.

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Paso 3.4.3.1

Convierte de $\frac{1}{\cos^{4} (x)}$ a $\sec^{4} (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \sec^{4} (x) \sin (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.3.2

Convierte de $\frac{1}{\cos^{3} (x)}$ a $\sec^{3} (x)$ .

$x^{2} (4 \sin^{3} (x) \cos (x)) + \sin^{4} (x) (2 x) + x (3 \sec^{4} (x) \sin (x)) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.4

Reordena los términos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \sec^{4} (x) \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5

Simplifica cada término.

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Paso 3.4.5.1

Reescribe $\sec (x)$ en términos de senos y cosenos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x {(\frac{1}{\cos (x)})}^{4} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.2

Aplica la regla del producto a $\frac{1}{\cos (x)}$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \frac{1^{4}}{\cos^{4} (x)} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.3

Uno elevado a cualquier potencia es uno.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \frac{1}{\cos^{4} (x)} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.4

Multiplica $3 x \frac{1}{\cos^{4} (x)}$ .

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Paso 3.4.5.4.1

Combina $3$ y $\frac{1}{\cos^{4} (x)}$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + x \frac{3}{\cos^{4} (x)} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.4.2

Combina $x$ y $\frac{3}{\cos^{4} (x)}$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{x \cdot 3}{\cos^{4} (x)} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.5

Mueve $3$ a la izquierda de $x$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 \cdot x}{\cos^{4} (x)} \sin (x) + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.6

Combina $\frac{3 x}{\cos^{4} (x)}$ y $\sin (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \sin (x)}{\cos^{4} (x)} + \sec^{3} (x)$

Paso 3.4.5.7

Reescribe $\sec (x)$ en términos de senos y cosenos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \sin (x)}{\cos^{4} (x)} + {(\frac{1}{\cos (x)})}^{3}$

Paso 3.4.5.8

Aplica la regla del producto a $\frac{1}{\cos (x)}$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \sin (x)}{\cos^{4} (x)} + \frac{1^{3}}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.5.9

Uno elevado a cualquier potencia es uno.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \sin (x)}{\cos^{4} (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6

Simplifica cada término.

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Paso 3.4.6.1

Factoriza $\cos (x)$ de $\cos^{4} (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \sin (x)}{\cos (x) \cos^{3} (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.2

Separa las fracciones.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{3} (x)} \cdot \frac{\sin (x)}{\cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.3

Convierte de $\frac{\sin (x)}{\cos (x)}$ a $\tan (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{3} (x)} \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.4

Combina $\frac{3 x}{\cos^{3} (x)}$ y $\tan (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \tan (x)}{\cos^{3} (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.5

Factoriza $\cos (x)$ de $\cos^{3} (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x \tan (x)}{\cos (x) \cos^{2} (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.6

Separa las fracciones.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{2} (x)} \cdot \frac{\tan (x)}{\cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.7

Reescribe $\tan (x)$ en términos de senos y cosenos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{2} (x)} \cdot \frac{\frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{\cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.8

Reescribe $\frac{\frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{\cos (x)}$ como un producto.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{2} (x)} (\frac{\sin (x)}{\cos (x)} \cdot \frac{1}{\cos (x)}) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.9

Simplifica.

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Paso 3.4.6.9.1

Convierte de $\frac{\sin (x)}{\cos (x)}$ a $\tan (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{2} (x)} (\tan (x) \frac{1}{\cos (x)}) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.9.2

Convierte de $\frac{1}{\cos (x)}$ a $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{\cos^{2} (x)} (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.10

Multiplica $\frac{3 x}{\cos^{2} (x)} (\tan (x) \sec (x))$ .

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Paso 3.4.6.10.1

Combina $\tan (x)$ y $\frac{3 x}{\cos^{2} (x)}$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{\tan (x) (3 x)}{\cos^{2} (x)} \sec (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.10.2

Combina $\frac{\tan (x) (3 x)}{\cos^{2} (x)}$ y $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{\tan (x) (3 x) \sec (x)}{\cos^{2} (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.11

Factoriza $\cos (x)$ de $\cos^{2} (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{\tan (x) (3 x) \sec (x)}{\cos (x) \cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.12

Separa las fracciones.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{(3 x) \sec (x)}{\cos (x)} \cdot \frac{\tan (x)}{\cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.13

Reescribe $\tan (x)$ en términos de senos y cosenos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{(3 x) \sec (x)}{\cos (x)} \cdot \frac{\frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{\cos (x)} + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.14

Reescribe $\frac{\frac{\sin (x)}{\cos (x)}}{\cos (x)}$ como un producto.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{(3 x) \sec (x)}{\cos (x)} (\frac{\sin (x)}{\cos (x)} \cdot \frac{1}{\cos (x)}) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.15

Simplifica.

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Paso 3.4.6.15.1

Convierte de $\frac{\sin (x)}{\cos (x)}$ a $\tan (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{(3 x) \sec (x)}{\cos (x)} (\tan (x) \frac{1}{\cos (x)}) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.15.2

Convierte de $\frac{1}{\cos (x)}$ a $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{(3 x) \sec (x)}{\cos (x)} (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.16

Separa las fracciones.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} \cdot \frac{\sec (x)}{\cos (x)} (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.17

Reescribe $\sec (x)$ en términos de senos y cosenos.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} \cdot \frac{\frac{1}{\cos (x)}}{\cos (x)} (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.18

Reescribe $\frac{\frac{1}{\cos (x)}}{\cos (x)}$ como un producto.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\frac{1}{\cos (x)} \cdot \frac{1}{\cos (x)}) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19

Simplifica.

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Paso 3.4.6.19.1

Convierte de $\frac{1}{\cos (x)}$ a $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec (x) \frac{1}{\cos (x)}) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19.2

Convierte de $\frac{1}{\cos (x)}$ a $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec (x) \sec (x)) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19.3

Eleva $\sec (x)$ a la potencia de $1$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec^{1} (x) \sec (x)) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19.4

Eleva $\sec (x)$ a la potencia de $1$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec^{1} (x) \sec^{1} (x)) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19.5

Usa la regla de la potencia $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar exponentes.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} {\sec (x)}^{1 + 1} (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.19.6

Suma $1$ y $1$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} \sec^{2} (x) (\tan (x) \sec (x)) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.20

Multiplica $\sec^{2} (x)$ por $\sec (x)$ sumando los exponentes.

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Paso 3.4.6.20.1

Mueve $\sec (x)$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec (x) \sec^{2} (x)) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.20.2

Multiplica $\sec (x)$ por $\sec^{2} (x)$ .

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Paso 3.4.6.20.2.1

Eleva $\sec (x)$ a la potencia de $1$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} (\sec^{1} (x) \sec^{2} (x)) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.20.2.2

Usa la regla de la potencia $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar exponentes.

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} {\sec (x)}^{1 + 2} \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.20.3

Suma $1$ y $2$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + \frac{3 x}{1} \sec^{3} (x) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 3.4.6.21

Divide $3 x$ por $1$ .

$4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \sec^{3} (x) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 4

Reforma la ecuación al hacer que el lado izquierdo sea igual al lado derecho.

$y' = 4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \sec^{3} (x) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$

Paso 5

Reemplaza $y'$ con $\frac{d y}{d x}$ .

$\frac{d y}{d x} = 4 x^{2} \sin^{3} (x) \cos (x) + 2 x \sin^{4} (x) + 3 x \sec^{3} (x) \tan (x) + \frac{1}{\cos^{3} (x)}$