Cálculo Ejemplos

$y = {(1 + x^{2})}^{\sin (x)}$

Paso 1

Usa las propiedades de los logaritmos para simplificar la diferenciación.

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Paso 1.1

Reescribe ${(1 + x^{2})}^{\sin (x)}$ como $e^{\ln ({(1 + x^{2})}^{\sin (x)})}$ .

$\frac{d}{d x} [e^{\ln ({(1 + x^{2})}^{\sin (x)})}]$

Paso 1.2

Expande $\ln ({(1 + x^{2})}^{\sin (x)})$ ; para ello, mueve $\sin (x)$ fuera del logaritmo.

$\frac{d}{d x} [e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})}]$

Paso 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 $f (x) = e^{x}$ y $g (x) = \sin (x) \ln (1 + x^{2})$ .

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Paso 2.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u_{1}$ como $\sin (x) \ln (1 + x^{2})$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [\sin (x) \ln (1 + x^{2})]$

Paso 2.2

Diferencia con la regla exponencial, que establece que $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ es $a^{u_{1}} \ln (a)$ donde $a$ = $e$ .

$e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [\sin (x) \ln (1 + x^{2})]$

Paso 2.3

Reemplaza todos los casos de $u_{1}$ con $\sin (x) \ln (1 + x^{2})$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \frac{d}{d x} [\sin (x) \ln (1 + x^{2})]$

Paso 3

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 $f (x) = \sin (x)$ y $g (x) = \ln (1 + x^{2})$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\sin (x) \frac{d}{d x} [\ln (1 + x^{2})] + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 4

Diferencia con la regla de la cadena, que establece que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ es $f' (g (x)) g' (x)$ donde $f (x) = \ln (x)$ y $g (x) = 1 + x^{2}$ .

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Paso 4.1

Para aplicar la regla de la cadena, establece $u_{2}$ como $1 + x^{2}$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\sin (x) (\frac{d}{d u_{2}} [\ln (u_{2})] \frac{d}{d x} [1 + x^{2}]) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 4.2

La derivada de $\ln (u_{2})$ con respecto a $u_{2}$ es $\frac{1}{u_{2}}$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\sin (x) (\frac{1}{u_{2}} \frac{d}{d x} [1 + x^{2}]) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 4.3

Reemplaza todos los casos de $u_{2}$ con $1 + x^{2}$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\sin (x) (\frac{1}{1 + x^{2}} \frac{d}{d x} [1 + x^{2}]) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5

Diferencia.

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Paso 5.1

Combina $\frac{1}{1 + x^{2}}$ y $\sin (x)$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}} \frac{d}{d x} [1 + x^{2}] + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.2

Según la regla de la suma, la derivada de $1 + x^{2}$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}} (\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x^{2}]) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.3

Como $1$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $1$ con respecto a $x$ es $0$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}} (0 + \frac{d}{d x} [x^{2}]) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.4

Suma $0$ y $\frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}} \frac{d}{d x} [x^{2}] + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.5

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

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}} (2 x) + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.6

Combina fracciones.

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Paso 5.6.1

Combina $2$ y $\frac{\sin (x)}{1 + x^{2}}$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{2 \sin (x)}{1 + x^{2}} x + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 5.6.2

Combina $\frac{2 \sin (x)}{1 + x^{2}}$ y $x$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{2 \sin (x) x}{1 + x^{2}} + \ln (1 + x^{2}) \frac{d}{d x} [\sin (x)])$

Paso 6

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

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{2 \sin (x) x}{1 + x^{2}} + \ln (1 + x^{2}) \cos (x))$

Paso 7

Para escribir $\ln (1 + x^{2}) \cos (x)$ como una fracción con un denominador común, multiplica por $\frac{1 + x^{2}}{1 + x^{2}}$ .

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\frac{2 \sin (x) x}{1 + x^{2}} + \frac{\ln (1 + x^{2}) \cos (x) (1 + x^{2})}{1 + x^{2}})$

Paso 8

Combina los numeradores sobre el denominador común.

$e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \frac{2 \sin (x) x + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) (1 + x^{2})}{1 + x^{2}}$

Paso 9

Combina $e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})}$ y $\frac{2 \sin (x) x + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) (1 + x^{2})}{1 + x^{2}}$ .

$\frac{e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (2 \sin (x) x + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) (1 + x^{2}))}{1 + x^{2}}$

Paso 10

Simplifica.

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Paso 10.1

Simplifica el numerador.

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Paso 10.1.1

Simplifica cada término.

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Paso 10.1.1.1

Aplica la propiedad distributiva.

$\frac{e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (2 \sin (x) x + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) \cdot 1 + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) x^{2})}{1 + x^{2}}$

Paso 10.1.1.2

Multiplica $\ln (1 + x^{2})$ por $1$ .

$\frac{e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (2 \sin (x) x + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) + \ln (1 + x^{2}) \cos (x) x^{2})}{1 + x^{2}}$

Paso 10.1.2

Aplica la propiedad distributiva.

$\frac{e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (2 \sin (x) x) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\ln (1 + x^{2}) \cos (x)) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} (\ln (1 + x^{2}) \cos (x) x^{2})}{1 + x^{2}}$

Paso 10.1.3

Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.

$\frac{2 e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \sin (x) x + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x) x^{2}}{1 + x^{2}}$

Paso 10.1.4

Reordena los factores en $2 e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \sin (x) x + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x) x^{2}$ .

$\frac{2 x e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \sin (x) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x) + x^{2} e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \ln (1 + x^{2}) \cos (x)}{1 + x^{2}}$

Paso 10.2

Reordena los términos.

$\frac{2 e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} x \sin (x) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} \cos (x) \ln (1 + x^{2}) + e^{\sin (x) \ln (1 + x^{2})} x^{2} \cos (x) \ln (1 + x^{2})}{x^{2} + 1}$