En cálculo, la regla de la cadena es una fórmula para obtener la derivada de funciones compuestas, esto es, si y son funciones diferenciables entonces la regla de la cadena expresa la derivada de la composición en términos de la derivada de y y el producto de funciones como
Alternativamente, si (equivalente a para toda ) entonces se puede escribir la fórmula de la regla de la cadena en la notación de Lagrange como
La regla de la cadena también puede ser escrita en la notación de Leibniz de la siguiente manera. Si una variable depende de una variable y a su vez esta depende de (esto es y son variables dependientes) entonces también depende de , en tal caso, la regla de la cadena enuncia que
y para indicar el punto en el que cada derivada es evaluada
Las versiones de la regla de la cadena en la notación de Lagrange y de Leibniz son equivalentes en el sentido que si y (esto es ) entonces
y
Enunciado
La forma más simple de la regla de la cadena es para funciones de una variable. Enuncia que si es una función que es diferenciable en un punto (es decir, la derivada existe) y si es una función diferenciable en entonces la función compuesta es diferenciable en y su derivada es
y en ocasiones es abreviada como
Si y entonces esta forma abreviada escrita en la notación de Leibniz es
y para denotar los puntos donde la derivada es evaluada
Dadas funciones y la función compuesta , si cada función es diferenciable entonces la función compuesta también es diferenciable (por la regla de la cadena repetida varias veces) y su derivada es (en la notación de Leibniz)
Derivadas de orden superior
La fórmula de Faà di Bruno generalizan la regla de la cadena a derivadas de orden superior. Suponga que y entonces
Demostración
Primera demostración
Una demostración consiste utilizando la definición de la derivada:
Supongamos que no es igual para todo cerca de entonces la expresión anterior es igual al producto de dos factores:
Si se mueve cerca de , entonces puede ocurrir que independientemente de lo cerca que se esté de , siempre hay un valor más cercano tal que . Por ejemplo, esto ocurre para cerca del punto (y ). Cuando esto ocurre, la expresión de arriba no está definida porque implica una división por cero. Para sortear este inconveniente, se introduce la función como sigue:
Se mostrará que el cociente incremental para siempre es igual a:
Como quiera que no es igual a lo cual es claro porque los factores de se cancelan. Cuando es igual a , entonces el cociente incremental para es cero porque es igual a y el producto de arriba es cero porque es igual a por cero, por lo que el producto de arriba siempre es igual al cociente incremental y para demostrar que la derivada de en existe y determinar su valor, sólo necesitamos demostrar que el límite cuando tiende a del producto de arriba existe y determinar su valor.
Para hacer esto, hay que recordar que el límite de un producto existe, si existe el límite de sus factores existe, cuando esto ocurre, el límite del producto de esos factores será igual al producto de los límites de los factores. Los factores en este caso son y . El último es el cociente incremental para en , y como es diferenciable en como se supuso, su límite cuando tiende a existe y es igual a .
Para , nótese que está definida donde lo esté . Más aún, es diferenciable en por hipótesis, así que es continua en , por la propia definición de la derivada. La función es continua en porque es diferenciable en por lo que es continua en . Así que el límite cuando tiende a existe y es igual a , o sea .
Esto muestra que los límites de ambos factores existen y son iguales a y respectivamente. Por lo tanto, la derivada de en existe y es igual a .[1]
Ejemplos
Ejemplo conceptual
Supóngase que se está escalando una montaña a una razón de 0,5 kilómetros por hora. La razón a la cual la temperatura decrece es 6 °F por kilómetro (la temperatura es menor a elevaciones mayores). Al multiplicar 6 °F por kilómetro y 0,5 kilómetros por hora, se obtiene 3 °F por hora, es decir, la razón de cambio de temperatura con respecto al tiempo transcurrido.
Este cálculo es una aplicación típica de la regla de la cadena.
Regla del cociente
La regla de la cadena puede ser utilizada para para obtener algunas fórmulas para derivar, por ejemplo, la regla del cociente es una consecuencia de la regla de la cadena y la regla del producto, para esto, escriba la función como el producto , utilizando primero la regla del producto:
Para calcular la derivada de , note que es la función compuesta de con la función recíproco , la derivada de esta función es , aplicando la regla de la cadena la expresión anterior queda como
que es la fórmula de la regla del cociente.
Derivada de funciones inversas
Suponga que tiene función inversa, llámese , por lo que . Existe una fórmula para la derivada de en términos de la derivada de , para esto, note que y satisfacen la ecuación
y como las funciones y son iguales entonces sus derivadas también son iguales. La derivada de es la constante y la derivada de está dada por la regla de la cadena, por lo que
Para expresar como una función de una variable independiente , reemplazamos por y resolvemos para
Por ejemplo, considere la función , esta tiene función inversa , como entonces por la fórmula anterior
regla, cadena, cálculo, regla, cadena, fórmula, para, obtener, derivada, funciones, compuestas, esto, displaystyle, displaystyle, funciones, diferenciables, entonces, regla, cadena, expresa, derivada, composición, displaystyle, circ, términos, derivada, displa. En calculo la regla de la cadena es una formula para obtener la derivada de funciones compuestas esto es si f displaystyle f y g displaystyle g son funciones diferenciables entonces la regla de la cadena expresa la derivada de la composicion f g displaystyle f circ g en terminos de la derivada de f displaystyle f y g displaystyle g y el producto de funciones como f g f g g displaystyle f circ g f circ g cdot g Alternativamente si h f g displaystyle h f circ g equivalente a h x f g x displaystyle h x f g x para toda x displaystyle x entonces se puede escribir la formula de la regla de la cadena en la notacion de Lagrange como h x f g x g x displaystyle h x f g x g x La regla de la cadena tambien puede ser escrita en la notacion de Leibniz de la siguiente manera Si una variable z displaystyle z depende de una variable y displaystyle y y a su vez esta depende de x displaystyle x esto es y displaystyle y y z displaystyle z son variables dependientes entonces z displaystyle z tambien depende de x displaystyle x en tal caso la regla de la cadena enuncia que d z d x d z d y d y d x displaystyle frac dz dx frac dz dy cdot frac dy dx y para indicar el punto en el que cada derivada es evaluada d z d x x d z d y y x d y d x x displaystyle left frac dz dx right x left frac dz dy right y x cdot left frac dy dx right x Las versiones de la regla de la cadena en la notacion de Lagrange y de Leibniz son equivalentes en el sentido que si z f y displaystyle z f y y y g x displaystyle y g x esto es z f g x f g x displaystyle z f g x f circ g x entonces d z d x x f g x displaystyle left frac dz dx right x f circ g x y d z d y y x d y d x x f y x g x f g x g x displaystyle left frac dz dy right y x cdot left frac dy dx right x f y x g x f g x g x Indice 1 Enunciado 2 Derivadas de orden superior 3 Demostracion 3 1 Primera demostracion 4 Ejemplos 4 1 Ejemplo conceptual 4 2 Regla del cociente 4 3 Derivada de funciones inversas 4 4 Ejemplo algebraico 5 Vease tambien 6 Referencias 7 Enlaces externosEnunciado EditarLa forma mas simple de la regla de la cadena es para funciones de una variable Enuncia que si g displaystyle g es una funcion que es diferenciable en un punto c displaystyle c es decir la derivada g c displaystyle g c existe y si f displaystyle f es una funcion diferenciable en g c displaystyle g c entonces la funcion compuesta f g displaystyle f circ g es diferenciable en c displaystyle c y su derivada es f g c f g c g c displaystyle f circ g c f g c cdot g c y en ocasiones es abreviada como f g f g g displaystyle f circ g f circ g cdot g Si y f u displaystyle y f u y u g x displaystyle u g x entonces esta forma abreviada escrita en la notacion de Leibniz es d y d x d y d u d u d x displaystyle frac dy dx frac dy du cdot frac du dx y para denotar los puntos donde la derivada es evaluada d y d x x c d y d u u g c d u d x x c displaystyle left frac dy dx right x c left frac dy du right u g c cdot left frac du dx right x c Dadas n displaystyle n funciones f 1 f n displaystyle f 1 dots f n y la funcion compuesta f 1 f 2 f n 1 f n displaystyle f 1 circ f 2 circ cdots f n 1 circ f n si cada funcion f i displaystyle f i es diferenciable entonces la funcion compuesta tambien es diferenciable por la regla de la cadena repetida varias veces y su derivada es en la notacion de Leibniz d f 1 d x d f 1 d f 2 d f 2 d f 3 d f n d x displaystyle begin aligned frac df 1 dx amp frac df 1 df 2 frac df 2 df 3 cdots frac df n dx end aligned Derivadas de orden superior EditarLa formula de Faa di Bruno generalizan la regla de la cadena a derivadas de orden superior Suponga que y f u displaystyle y f u y u g x displaystyle u g x entonces d f d x d f d g d g d x displaystyle frac df dx frac df dg frac dg dx d 2 f d x 2 d 2 f d g 2 d g d x 2 d f d g d 2 g d x 2 displaystyle frac d 2 f dx 2 frac d 2 f dg 2 left frac dg dx right 2 frac df dg frac d 2 g dx 2 d 3 f d x 3 d 3 f d g 3 d g d x 3 3 d 2 f d g 2 d g d x d 2 g d x 2 d f d g d 3 g d x 3 displaystyle frac d 3 f dx 3 frac d 3 f dg 3 left frac dg dx right 3 3 frac d 2 f dg 2 frac dg dx frac d 2 g dx 2 frac df dg frac d 3 g dx 3 d 4 f d x 4 d 4 f d g 4 d g d x 4 6 d 3 f d g 3 d g d x 2 d 2 g d x 2 d 2 f d g 2 4 d g d x d 3 g d x 3 3 d 2 g d x 2 2 d f d g d 4 g d x 4 displaystyle frac d 4 f dx 4 frac d 4 f dg 4 left frac dg dx right 4 6 frac d 3 f dg 3 left frac dg dx right 2 frac d 2 g dx 2 frac d 2 f dg 2 left 4 frac dg dx frac d 3 g dx 3 3 left frac d 2 g dx 2 right 2 right frac df dg frac d 4 g dx 4 Demostracion EditarPrimera demostracion Editar Una demostracion consiste utilizando la definicion de la derivada f g a lim x a f g x f g a x a displaystyle f circ g a lim x to a frac f g x f g a x a Supongamos que g x displaystyle g x no es igual g a displaystyle g a para todo x displaystyle x cerca de a displaystyle a entonces la expresion anterior es igual al producto de dos factores lim x a f g x f g a g x g a g x g a x a displaystyle lim x to a frac f g x f g a g x g a cdot frac g x g a x a Si g displaystyle g se mueve cerca de a displaystyle a entonces puede ocurrir que independientemente de lo cerca que se este de a displaystyle a siempre hay un valor x displaystyle x mas cercano tal que g x g a displaystyle g x g a Por ejemplo esto ocurre para g x x 2 sen 1 x displaystyle g x x 2 operatorname sen 1 x cerca del punto a 0 displaystyle a 0 y g a 0 displaystyle g a 0 Cuando esto ocurre la expresion de arriba no esta definida porque implica una division por cero Para sortear este inconveniente se introduce la funcion Q displaystyle Q como sigue Q y f y f g a y g a y g a f g a y g a displaystyle Q y begin cases displaystyle frac f y f g a y g a amp y neq g a displaystyle f g a amp y g a end cases Se mostrara que el cociente incremental para f g displaystyle f circ g siempre es igual a Q g x g x g a x a displaystyle Q g x cdot frac g x g a x a Como quiera que g x displaystyle g x no es igual a g a displaystyle g a lo cual es claro porque los factores de g x g a displaystyle g x g a se cancelan Cuando g x displaystyle g x es igual a g a displaystyle g a entonces el cociente incremental para f g displaystyle f circ g es cero porque f g x displaystyle f g x es igual a f g a displaystyle f g a y el producto de arriba es cero porque es igual a f g a displaystyle f g a por cero por lo que el producto de arriba siempre es igual al cociente incremental y para demostrar que la derivada de f g displaystyle f circ g en a displaystyle a existe y determinar su valor solo necesitamos demostrar que el limite cuando x displaystyle x tiende a a displaystyle a del producto de arriba existe y determinar su valor Para hacer esto hay que recordar que el limite de un producto existe si existe el limite de sus factores existe cuando esto ocurre el limite del producto de esos factores sera igual al producto de los limites de los factores Los factores en este caso son Q g x displaystyle Q g x y g x g a x a displaystyle g x g a x a El ultimo es el cociente incremental para g displaystyle g en a displaystyle a y como g displaystyle g es diferenciable en a displaystyle a como se supuso su limite cuando x displaystyle x tiende a a displaystyle a existe y es igual a g a displaystyle g a Para Q g x displaystyle Q g x notese que Q displaystyle Q esta definida donde lo este f displaystyle f Mas aun f displaystyle f es diferenciable en g a displaystyle g a por hipotesis asi que Q displaystyle Q es continua en g a displaystyle g a por la propia definicion de la derivada La funcion g displaystyle g es continua en a displaystyle a porque es diferenciable en a displaystyle a por lo que Q g displaystyle Q circ g es continua en a displaystyle a Asi que el limite cuando x displaystyle x tiende a a displaystyle a existe y es igual a Q g a displaystyle Q g a o sea f g a displaystyle f g a Esto muestra que los limites de ambos factores existen y son iguales a f g a displaystyle f g a y g a displaystyle g a respectivamente Por lo tanto la derivada de f g displaystyle f circ g en a displaystyle a existe y es igual a f g a g a displaystyle f g a g a 1 Ejemplos EditarEjemplo conceptual Editar Supongase que se esta escalando una montana a una razon de 0 5 kilometros por hora La razon a la cual la temperatura decrece es 6 F por kilometro la temperatura es menor a elevaciones mayores Al multiplicar 6 F por kilometro y 0 5 kilometros por hora se obtiene 3 F por hora es decir la razon de cambio de temperatura con respecto al tiempo transcurrido Este calculo es una aplicacion tipica de la regla de la cadena Regla del cociente Editar La regla de la cadena puede ser utilizada para para obtener algunas formulas para derivar por ejemplo la regla del cociente es una consecuencia de la regla de la cadena y la regla del producto para esto escriba la funcion f x g x displaystyle f x g x como el producto f x 1 g x displaystyle f x cdot 1 g x utilizando primero la regla del producto d d x f x g x d d x f x 1 g x f x 1 g x f x d d x 1 g x displaystyle begin aligned frac d dx left frac f x g x right amp frac d dx left f x cdot frac 1 g x right amp f x cdot frac 1 g x f x cdot frac d dx left frac 1 g x right end aligned Para calcular la derivada de 1 g x displaystyle 1 g x note que es la funcion compuesta de g displaystyle g con la funcion reciproco 1 x displaystyle 1 x la derivada de esta funcion es 1 x 2 displaystyle 1 x 2 aplicando la regla de la cadena la expresion anterior queda como d d x f x g x f x 1 g x f x 1 g x 2 g x f x g x f x g x g x 2 displaystyle begin aligned frac d dx left frac f x g x right amp f x cdot frac 1 g x f x cdot left frac 1 g x 2 cdot g x right amp frac f x g x f x g x g x 2 end aligned que es la formula de la regla del cociente Derivada de funciones inversas Editar Suponga que y g x displaystyle y g x tiene funcion inversa llamese f displaystyle f por lo que x f y displaystyle x f y Existe una formula para la derivada de f displaystyle f en terminos de la derivada de g displaystyle g para esto note que f displaystyle f y g displaystyle g satisfacen la ecuacion f g x x displaystyle f g x x y como las funciones f g x displaystyle f g x y x displaystyle x son iguales entonces sus derivadas tambien son iguales La derivada de x displaystyle x es la constante 1 displaystyle 1 y la derivada de f g x displaystyle f g x esta dada por la regla de la cadena por lo que f g x g x 1 displaystyle f g x g x 1 Para expresar f displaystyle f como una funcion de una variable independiente y displaystyle y reemplazamos f y displaystyle f y por x displaystyle x y resolvemos para f displaystyle f f g f y g f y 1 f y g f y 1 f y 1 g f y displaystyle begin aligned f g f y g f y 1 f y g f y 1 f y frac 1 g f y end aligned Por ejemplo considere la funcion g x e x displaystyle g x e x esta tiene funcion inversa f y ln y displaystyle f y ln y como g x e x displaystyle g x e x entonces por la formula anterior d d y ln y 1 e ln y 1 y displaystyle frac d dy ln y frac 1 e ln y frac 1 y Ejemplo algebraico Editar Sean y u ln u u x cos x displaystyle begin aligned y u amp ln u u x amp cos x end aligned y deseamos calcular d y d x textstyle frac dy dx Por un lado tenemos d y d u 1 u displaystyle frac dy du frac 1 u y d u d x sen x displaystyle frac du dx operatorname sen x como d y d x d y d u d u d x displaystyle frac dy dx frac dy du cdot frac du dx entonces d y d x 1 u sen x sen x u sen x cos x tan x displaystyle begin aligned frac dy dx amp frac 1 u cdot operatorname sen x amp frac operatorname sen x u amp frac operatorname sen x cos x amp tan x end aligned Otra opcion es definiendo la funcion y u x y u x ln cos x displaystyle begin aligned y circ u x amp y u x amp ln cos x end aligned entonces d y d x 1 cos x sen x sen x cos x tan x displaystyle frac dy dx frac 1 cos x cdot operatorname sen x frac operatorname sen x cos x tan x que es el mismo f o g Vease tambien EditarDerivada Regla del producto Regla del cociente Campo tensorialReferencias Editar Chain Rule for Derivative The Theory Math Vault en ingles estadounidense 5 de junio de 2016 Consultado el 16 de septiembre de 2020 Enlaces externos EditarWeisstein Eric W Chain Rule En Weisstein Eric W ed MathWorld en ingles Wolfram Research Datos Q207455Obtenido de https es wikipedia org w index php title Regla de la cadena amp oldid 136697085, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,