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Ejercicios de Cálculo
← 4.8 Derivación implícita y otras técnicas

Derivada de orden n

Tema
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Dificultad
Avanzado
Método
Búsqueda de un patrón e inducción matemática

Halla la derivada de orden nn de f(x)=1xf(x) = \dfrac{1}{x} y demuéstrala por inducción.

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  1. Calculamos algunas: f′(x)=−x−2f'(x) = -x^{-2}, f′′(x)=2x−3f''(x) = 2x^{-3}, f′′′(x)=−6x−4f'''(x) = -6x^{-4}, f(4)(x)=24x−5f^{(4)}(x) = 24x^{-5}.
  2. Patrón: los signos se alternan y los coeficientes son 1,2,6,24=n!1, 2, 6, 24 = n!. Conjetura: f(n)(x)=(−1)nn!xn+1f^{(n)}(x) = \frac{(-1)^n n!}{x^{n+1}}.
  3. Base: para n=1n = 1, (−1)11!x2=−1x2\frac{(-1)^1 1!}{x^2} = -\frac{1}{x^2}, correcto.
  4. Paso inductivo: si f(n)(x)=(−1)nn! x−(n+1)f^{(n)}(x) = (-1)^n n!\,x^{-(n+1)}, derivando se obtiene f(n+1)(x)=(−1)nn! (−(n+1))x−(n+2)=(−1)n+1(n+1)! x−(n+2)f^{(n+1)}(x) = (-1)^n n!\,(-(n + 1))x^{-(n+2)} = (-1)^{n+1}(n + 1)!\,x^{-(n+2)}, que es la fórmula para n+1n + 1.

Resultado final: f(n)(x)=(−1)n n!xn+1f^{(n)}(x) = \dfrac{(-1)^n\,n!}{x^{n+1}} para todo n≥1n \ge 1.