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Archivi giornalieri: 26 giugno 2024

Calcolo delle derivate: regole di derivazione

Salvatore Di Lucia

Georg Friedrich Bernard Riemann

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Se le persone credono che la matematica non sia semplice, è soltanto perché non si rendono conto di quanto la vita sia complicata.

(John von Neumann)

Calcolo delle derivate: regole di derivazione

Se si conoscono le derivate delle funzioni elementari,

l’Algebra delle derivate è la base che permette di calcolare

la derivata di una qualsiasi funzione

in cui sono presenti

somme e differenze, prodotti e rapporti di funzioni.

Per l’elevamento a potenza ci servirà invece

il teorema per la derivata della funzione composta,

di cui parleremo nella prossima lezione;

per la funzione inversa ci servirà invece

il teorema per la derivata della funzione inversa.

Indice

1.) Regole di derivazione

2.) Esempi

1.) Regole di derivazione per il calcolo delle derivate

Il calcolo delle derivate è un procedimento che si basa su un insieme di regole,

dette

regole di derivazione,

che descrivono il comportamento della derivazione rispetto alle operazioni algebriche tra funzioni:

prodotto per una costante,

somma e differenza,

prodotto e rapporto.

Ognuna delle seguenti regole si dimostra usando

la definizione di derivata.

1.) La derivata del prodotto di una costante per una funzione

è uguale

alla costante per la derivata della funzione.

Ogni volta che abbiamo un coefficiente che moltiplica una funzione,

se dobbiamo derivare il tutto,

basta riscrivere il coefficiente e derivare solamente la funzione.

2.) La derivata di una somma o differenza di funzioni

è uguale

alla somma o differenza delle singole derivate.

Dunque se dobbiamo derivare una somma o una differenza di funzioni,

ci basterà derivare i singoli addendi.

Vi facciamo notare che la regola fa riferimento alla somma algebrica,

intesa quindi come addizione o sottrazione.

Si procede in modo analogo nel caso della somma o differenza di tre o più funzioni.

3.) La derivata del prodotto di due funzioni

è uguale

alla prima funzione derivata per la seconda più la prima funzione per la derivata della seconda.

Nel caso del prodotto di tre o più funzioni vale una regola analoga, che si ottiene considerando due fattori come un’unica funzione e reiterando la formula.

Per approfondire:

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4.) La derivata del rapporto di due funzioni

è uguale

al rapporto tra la derivata del numeratore per il denominatore

meno il numeratore per la derivata del denominatore,

tutto fratto il denominatore al quadrato.

Per approfondire:

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Per i più esperti che stanno leggendo questo articolo,

le prime due regole si riassumono dicendo che

l’operatore di derivazione D : f → f’ è lineare e omogeneo.

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Esempi di calcolo delle derivate

Prima di procedere è bene sapere quali sono

le derivate fondamentali,

perlomeno per le funzioni più ricorrenti.

1.) Data la funzione

per la regola di derivazione del prodotto costante-funzione abbiamo che:

Nel calcolo abbiamo usato la regola per la derivata di una potenza.

2.) Data la funzione

dalla regola di derivazione della differenza di funzioni risulta:

Nell’ultimo passaggio abbiamo richiamato la derivata del logaritmo e la derivata del seno.

3.) Data la funzione

per la regola di derivazione del prodotto di funzioni:

Ora dobbiamo ricordare le espressioni per la derivata dell’esponenziale e per la derivata dell’arcotangente

4.) Data la funzione

per la regola di derivazione del rapporto di funzioni risulta:

Qui basta ricordare le espressioni per la derivata di una potenza e per la derivata del coseno:

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Esempio misto con applicazione di più regole

Vediamo un esempio in cui dobbiamo applicare più regole di derivazione. Consideriamo la seguente funzione e calcoliamone la derivata.

1.)

In accordo con le regole sull’ordine delle operazioni prima si effettuano i prodotti e poi le somme, quindi prima di tutto applichiamo la regola di derivazione del prodotto:

Al primo addendo applichiamo la regola di derivazione della somma di funzioni:

Infine, grazie alla tabella delle derivate delle funzioni elementari:

L’aspetto importante dell’esempio riguarda

l’ordine da seguire nei vari livelli di derivazione:

è lo stesso delle operazioni algebriche.

Per essere in grado di calcolare qualsiasi derivata ci mancano

i teoremi di derivazione della funzione composta e dell’inversa.

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Link Lezione precedente

 

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