La función exponencial, su gráfica, su derivada y la integral
La función exponencial es la función inversa de la función logaritmo natural.
Veamos la siguiente gráfica:
La curva verde es la función logaritmo natural y la roja es la función exponencial.
Formalmente se define como y= ex donde x es cualquier número real, y su recorrido es y > 0.
La función exponencial, al ser inversa de la función logaritmo neperiano cumple entonces la siguiente equivalencia:
y=ex ↔ x=Ln y (*)
Por ejemplo si queremos hallar el valor de y para x=0, entonces y=e0 =1, observe que: ln 1=0, y que en la gráfica se encuentra el punto (0,1) la cual es la intersección de la gráfica con el eje y.
También en la gráfica se puede ver que
lím ex=0
x→-∞
Y el
lÍm ex=+∞.
x→+∞
Derivada de la función exponencial.
Para obtener la derivada de la función exponencial comencemos desde la equivalencia (*):
y= ex↔ x=Ln y
Derivando implícitamente el segundo término, se tiene:
Dx(x= Ln y)
Derivando término a término
Dx (x)= Dx(Ln y)
1= (1/y ) y´
Despejando y, nos queda que y=y´
Sustituyendo y por ex Se tiene que ex =(ex )´
De donde concluimos que la función exponencial es igual a su derivada.
Si aplicamos Regla de la cadena se generaliza esta expresión para una función u.
(eu)´= (eu )u´
Veamos el siguiente ejemplo:
Hallar la derivada de la siguiente función:
y= Ln[(ex -1)/(ex +1)]
Apliquemos primero la derivada del logaritmo neperiano:
Observe que podemos invertir la función y multiplicarla por su derivada interna:
Esto es:
y´=[(ex +1)/(ex -1)][(ex -1)/(ex +1)]´(**)
Para obtener la derivada interna, aplicamos derivada de un cociente:
[(ex -1)/(ex +1)]´
=[(ex -1)´(ex +1)-(ex -1)(ex +1)´]/[ex +1]2
=[(ex)(ex +1)-(ex)(ex -1)]/[ex +1]2
=[e2x + ex -e2x + ex]/[ex +1]2
Cancelando e2x
=[e2x + ex -e2x + ex]/[ex +1]2
=[2ex]/[ex +1]2
Sustituyendo este resultado en (**) se tiene:
y=(ex +1)/(ex -1)[2ex]/[ex +1]2
Simplificando por ex +1, se tiene:
y=(ex +1 )/(ex -1)[2ex]/[ex +1] 2
Resultando finalmente:
y=(1/(ex -1)[2ex]/[ex +1]= 2ex/(ex -1)(ex +1)♦
Ahora evaluemos una integral que contenga una función exponencial:
∫(e2x)(e3x)dx=∫e5xdx
Haciendo u=5x entonces du= 5dx, despejando dx se tiene que dx=du/5
Sustituyendo en la integral nos queda: ∫(eu)du/5= (1/5)∫(eu)du
= (1/5)[eu + c]= (1/5)e5xdu + k; donde k= (1/5)c, es una constante de integración.♦
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Las imágenes son propias.
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