sábado, 26 de mayo de 2018

¿COMO CALCULAR LA DERIVADA DE LA FUNCION INVERSA ? PROBLEMAS Y EJERCICIOS RESUELTOS.



Existen varios métodos para calcular la derivada de la inversa de una función, veamos el primero de ellos.
Teorema: sea y = f(x) continua en un intervalo cerrado [a, b], si f'(x) y es distinta de cero para toda [a, b], entonces la derivada de la inversa   f -1 denotada por    x = f -1 (y) existe y está dada por  dx/dy = 1/dy/dx ó si te parece más entendible:
f -1 (y)' = 1/ f'(x)
No tienes que aprenderte este teorema de memoria, veamos varios ejemplos para que vayas entendiendo.
Si y = f(x), calcule la derivada de su inversa; es decir calcule f-1 (y)'
1)     y = x2
 Solución: Esta es la función cuadrática, la inversa de esta función denotada por        f -1(y) es la función raíz y factorizada es:  x = (y)1/2. Al calcular f '(x) se tiene: 2x, entonces:  f -1 (y)': 1/(2x)
2)     y = 3w
Solución: la inversa de esta función denotada por f -1(y) es igual w = y/3. Al calcular f '(w) se tiene: 3, entonces f -1(y)': 1/3
3)     z = ex
Solución: Esta es la función exponencial y su inversa la inversa   f -1 es la función logaritmo neperiano se denota:  f -1(z) es igual x = Ln z. Al calcular f '(x) se tiene: ex, entonces f -1(z)': 1/(ex)
     4) y = sen w
Solución: la inversa de la función seno, es seno-1, entonces   f -1(y) es igual w = sen-1 y. Al calcular   f '(w) se tiene: cos w, entonces f -1(y)': 1/(cos w)
5) z = 10x.
Solución: Si ax = N, donde N es cualquier numero positivo entonces x = Loga N. Por lo que la inversa de esta función denotada por f -1(z) es igual x = Log10 z, es decir la función logaritmo natural o en base 10. Al calcular f '(x) se tiene: 10x.Ln 10, entonces     f -1(z)': 1/(10x.Ln 10)

El segundo método para calcular la derivada de la inversa de una función es el siguiente:

Teorema: Sea f una función continua en el intervalo cerrado [a, b] que contiene al número x0, y f(x0) = y0. Entonces si f '(x0) existe y es distinta de cero la (f -1)'(y0) existe y es igual a : 
 (f -1)'(y0) = 1/ f '(x0)
Veamos varios ejemplos para comprender claramente lo antes expuesto.

Calcule la derivada de la inversa de la función en el x0 dado.
1)     f (x) = 2x + 5x – Ln x   en x0 = 2
Solución: evaluando a la función en el punto 2 se tiene: f (2) = 13.30. La derivada de esta función es: 2 + 5 – 1/x, y f '(x) > 0, esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando                  f '(2) = 6.5. Luego el punto [13.30, 2] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:                       (f -1)'(13.30) = 1/6.5.

  2)     f (x) = 8x+ x/4x +2x en x0 = 1
Solución: evaluando a la función en el punto 1 se tiene: f (1) = 4.5. La derivada de esta función es: (36x-(32x-4x)) /16x2, como f '(x) > 0 esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando f '(1) = 0.5, luego el punto [4.5; 1] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:
            (f -1)'(4.5) = 1/0.5

  3)     f (x) = 7x2 en x0 = 2
Solución: evaluando a la función en el punto 2 se tiene: f (2) = 28. La derivada de esta función es f '(x) = 14x, como f '(x) > 0 esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando f '(2) = 28, luego el punto [28; 2] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:
 (f -1)' (28) = 1/28. Verifiquemos f -1(x) = (y/7)1/2  y  f -1(x)'= (½(y/7)-1/2)1/7        y       
  f -1(28)'= (½(28/7)-1/2)1/7 = 1/28
   4 )     f (x) = -(1/x) en x0 = ½
Solución: evaluando a la función en el punto 1/2 se tiene: f (0.5) = 2. La derivada de esta función es: (1/x2), como f '(x) > 0 esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando f '(0.5) = 4, luego el punto [2; 1/2] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:
                        (f -1)'(2) = 1/4

5) f (x) = Ln x   en x0 = 1
Solución: evaluando a la función en el punto 1 se tiene: f (1) = 0. La derivada de esta función es: (1/x), como f '(x) > 0 esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando  
f '(1) = 1, luego el punto [0; 1] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:
(f -1)'(0) = 1/1. Verifiquemos f -1(x) = (ex)  y  f -1(x)'= (ex)  , luego          f -1(0)'= (e0) = 1.


6) f (x) = (x3/2x) + ex   en x0 = 3
Solución: evaluando a la función en el punto 3 se tiene: f (3) = 24.5. La derivada de esta función es: [((3x2)2x-3x2(2)) /4x2] + ex , como  f '(x) > 0 esto indica que es continua, creciente y admite inversa, evaluando  f '(3) = 160.5, luego el punto [24.5; 3] está en la gráfica de f -1 y su derivada en el punto es:
   (f -1)' (24.5) = 1/160.5

El tercer método para calcular la derivada de la inversa de una función en mediante diferenciación implícita, si se tiene una función en la forma y = f(x) y se pide calcular la derivada de la inversa; es decir f -1 (x)' , entonces:
Primero:  se hace el cambio de variables en la forma y = f -1x  
Segundo:  se expresa a “x” en términos de “y” en la forma x = f(y),
Tercero: se deriva implícitamente esta última ecuación respecto a x.
Cuarto: al despejar a dy/dx se sustituye el valor de “y” obtenido en el primer paso.
Veamos varios ejemplos para comprender mejor este método.

Calcule la derivada de la inversa de las siguientes funciones mediante diferenciación implícita.
  1)     y = cos x2
Solución: ésta es una función compuesta, se hace el cambio de variables:                  
 y = arccos x2, luego x = cos y2, se deriva implícitamente respecto a “x”                                             1 = 2cos y2.y'.-2sen y.y', luego se despeja dy/dx o y':                                                                                 y' = 1/(2cos y2 - 2sen y), pero y = arccos x2, entonces:
y' = 1/(2cos (arccos x2)2 - 2sen (arccos x2))

     2) y = xn
Solución: ésta es la función potencia de “n”, se hace el cambio de variables:                        
      y = n√x, luego x = n√y, se deriva implícitamente respecto a “x”                                       
 1 = [1/(2 n√y)].y'      luego se despeja dy/dx o y':                        
 y' = 1/(1/(2 n√y))           pero y = n√x, entonces:
y' = 1/ (1/ (2 n√( n√x)))          

  3)     y = 3x                                   
Solución:  se hace el cambio de variables:   y = x/3, luego x = 3y,                   
 se deriva implícitamente respecto a “x”      1 = 3(y)'                               
se despeja dy/dx o y':                                                                                           
y' = 1 /3

  4)    y = sen x                                                                                                                                                          Solución:  se hace el cambio de variables:        y = arcsen x    luego x = sen y,                                      se deriva implícitamente respecto a “x”             1 = cos y.y'                                                                    luego se despeja dy/dx o y':                                                                                                                
        y ' = 1/ cos y    pero 1/cos y = sec y entonces:                                                                                           y' = 1/ sec y        pero y = arcsen x    , entonces:                                                           
         y' = 1/ sec ( arcsen x )                  

  5)     y = cos x
Solución:  se hace el cambio de variables:       
 y = arccos x    luego x = cos y,                                    
    se deriva implícitamente respecto a “x”            
 1 = -sen y.y'          luego se despeja dy/dx o y':                                                                                       y' = -1/ sen y   pero    1/sen  y  = cosec y 
entonces:        y' = -cosec y  pero y = arccos x    , entonces:                                                                    y' = -cosec (arccos x)


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