Derivadas de Funciones Logarítmicas

Derivadas Logarítmicas

A pesar de que las derivadas logarítmicas muchas veces está relacionada con las derivadas exponenciales es importante saber diferenciar los tipos de derivadas y no confundirlas. Para ello es necesario definir el concepto y definición de un logaritmo.

El logaritmo de un número n es el exponente al que debe elevarse la base para obtener dicho número n

Tipos de Logaritmos

Los logaritmos pueden estar en diferentes valores de base, sin embargo los matemáticos solamente han elegido dos tipos, los logaritmos en base 10 y los logaritmos naturales , vamos a definir brevemente cada uno de los logaritmos para entenderlo mejor, pero antes vamos a observar la gráfica de la función e^x y la función ln x, dichas funciones son crecientes y continuas en sus respectivos dominios, tal como se ilustra en la imagen.

Gráfica de la Función exponencial y logarítmica

Logaritmos en base 10:

Los logaritmos en base 10 son logaritmos también llamados logaritmos vulgares o logaritmos decimales, están representados por el símbolo log y por lo general no se le coloca la base, pues se entiende que está en base diez (10).

Logaritmos naturales:

Estos logaritmos están representados simbólicamente como ln y su base es el número e cuyo valor irracional es de 2.718281828…

Propiedades de los Logaritmos

Sin importar el valor de las bases, los logaritmos tienen las mismas propiedades y nos servirán de mucha ayuda ya sea que estemos resolviendo ecuaciones logarítmicas, derivadas o integrales.

1. $\displaystyle \log A+\log B=\log AB$

2. $\displaystyle \log A-\log B=\log \frac{A}{B}$

3. $\displaystyle A\log B=\log {{B}^{A}}$

Fórmulas de derivadas de logaritmos

Ahora veamos las fórmulas que estaremos utilizando en este post, las que nos servirán para las derivadas logarítmicas

$\displaystyle \frac{d}{dx}\ln u=\frac{\frac{du}{dx}}{u}$

Nota: Recordar el u es el argumento de la función logarítmica.

Derivadas Logarítmicas Resueltas

Ejemplo 1. Resuelva la siguiente derivada

$\displaystyle y=\ln 5x$

Solución:

En este primer ejemplo, observamos que nuestro argumento es 5x, es decir que u = 5x, si aplicamos la fórmula de la derivada de un logaritmo natural. Entonces tenemos:

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}\left( 5x \right)}{5x}$

Como resultado de la derivada en la parte del numerador, tenemos.

$\displaystyle y'=\frac{5}{5x}$

Simplificando . . .

Resultado:

$\displaystyle y'=\frac{1}{x}$

Ejemplo 2. Resuelva la siguiente derivada

$\displaystyle y=\ln \left( 8x+3 \right)$

Solución:

En este ejemplo el argumento ahora pasa estar dentro del paréntesis, es decir u = 8x +3, por lo que aplicando nuestra fórmula de derivación, obtendremos.

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}\left( 8x+3 \right)}{8x+3}$

Derivando en la parte del numerador, nos daría el resultado que deseamos.

Resultado:

$\displaystyle y'=\frac{8}{8x+3}$

Ejemplo 3. Resuelva la siguiente derivada

$\displaystyle y=\ln \left( 3{{x}^{2}}-3x+7 \right)$

Solución:

Al observar nuestra función y su argumento, nos percatamos que u = 3x² – 3x +7 , entonces al aplicar la fórmula de derivada, obtenemos.

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d\left( 3{{x}^{2}}-3x+7 \right)}{dx}}{3{{x}^{2}}-3x+7}$

Derivamos en la parte del numerador y esto nos da, el resultado

Resultado:

$\displaystyle y=\frac{6x-3}{3{{x}^{2}}-3x+7}$

Ejemplo 4. Resuelva la siguiente derivada

$\displaystyle y=\ln \sqrt{9x}$

Solución:

Al analizar nuestro argumento es u = √9x , de tal forma que al aplicar nuestra fórmula de derivada, obtenemos.

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}\sqrt{9x}}{\sqrt{9x}}$

Pasamos a la raíz cuadrada a su forma de potencia, es decir:

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}{{\left( 9x \right)}^{\frac{1}{2}}}}{\sqrt{9x}}$

Derivamos como una potencia y esto nos daría:

$\displaystyle y'=\frac{\frac{1}{2}{{\left( 9x \right)}^{\frac{1}{2}-1}}\frac{d}{dx}\left( 9x \right)}{\sqrt{9x}}$

Resolviendo…

$\displaystyle y'=\frac{\frac{1}{2}{{\left( 9x \right)}^{-\frac{1}{2}}}\left( 9 \right)}{\sqrt{9x}}$

Ordenando la parte del numerador.

$\displaystyle y'=\frac{\frac{9}{2\sqrt{9x}}}{\sqrt{9x}}$

Aplicando la ley de la torta, el sandwich o la herradura, como le llamen, obtenemos:

$\displaystyle y'=\frac{9}{2\sqrt{9x}\sqrt{9x}}$

Al multiplicar las dos raíces nos daría las raíces al cuadrado, lo que lo simplificaría a 1 , de tal forma:

$\displaystyle y'=\frac{9}{2{{\left( \sqrt{9x} \right)}^{2}}}=\frac{9}{2\left( 9x \right)}$

Simplificando aún más, obtenemos nuestro resultado.

Resultado:

$\displaystyle y'=\frac{1}{2x}$

Otra forma de Solución

Como sabemos que

$\displaystyle y=\ln \sqrt{9x}=\ln {{\left( 9x \right)}^{\frac{1}{2}}}$

Si aplicamos la 3ra propiedad de los logaritmos, obtenemos lo siguiente:

$\displaystyle y=\frac{1}{2}\ln \left( 9x \right)$

Al derivar esta función, nos percatamos que 1/2 es constante, por lo tanto lo ponemos detrás de la función a derivar, de esta forma:

$\displaystyle {y}'=\frac{1}{2}\left[ \frac{\frac{d}{dx}9x}{9x} \right]$

$\displaystyle {y}'=\frac{1}{2}\left[ \frac{9}{9x} \right]$

Derivando . . .

$\displaystyle y'=\frac{1}{2}\left( \frac{1}{x} \right)=\frac{1}{2x}$

Ejemplo 5. Resuelva la siguiente derivada

$\displaystyle y=\ln \left( \frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}} \right)$

Solución:

Para este ejemplo observamos que nuestro argumento es:

$\displaystyle u=\frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}}$

Por lo que al aplicar nuestra fórmula de derivada, obtendremos algo similar a esto:

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}\left( \frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}} \right)}{\frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}}}$

Pasando a nuestro numerador en forma de potencia, obtenemos lo siguiente:

$\displaystyle y'=\frac{\frac{d}{dx}{{\left( 6{{x}^{2}} \right)}^{-\frac{1}{3}}}}{\frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}}}$

Aplicamos la fórmula de derivada para una potencia, y obtenemos:

$\displaystyle y'=\frac{-\frac{1}{3}{{\left( 6{{x}^{2}} \right)}^{-\frac{1}{3}-1}}\frac{d}{dx}\left( 6{{x}^{2}} \right)}{\frac{1}{\sqrt[3]{6{{x}^{2}}}}}$