Course

IGCSE, CBSE, IB, Exam solutions -SAT, ACT, ASSET,RD sharmas

Downloads

contact us

alpha - compass
 

Derivative formulas

Monday, 30 January 2023

                                             

                             

 DERIVATIVE  FORMULAS

                                        

      Power Rule:                

           

                        (d/dx) (xn ) = nxn-1



    Derivative of a constant

                                       

                                        (d/dx) (a) = 0

   


    Derivative of a constant multiplied with function f(x)

                                               

                       (d/dx) (a. f) a (d/dx) f(x)


    Sum Rule

    (d/dx) [f (x)+ g(x)] =   (d/dx)f (x)+ (d/dx) g(x)

               

    (d/dx) [(f(x) - g(x)] =   (d/dx)f(x) -  (d/dx) g(x)



   Product Rule

(d/dx) [f (x)*g(x)]=  f(x) (d/dx)g(x) + g (x) (d/dx) f (x)


  Quotient Rule

         d/dx (f(x)/g(x))=   g(x) d/dx f(x)-f (x)d/dx g(x)

                                         g(x)²

  Chain Rule
 
                    d/dx f[g(x)] = d/dx f[g(x)] d/dx g(x)


  Derivatives of some trigonometric functions


   (d/dx) sin x = cos x

   (d/dx) cos x = -sin x

   (d/dx) tan x =  sec2 x

   (d/dx) cot x = - cosec2 x

   (d/dx) sec x = sec x  tan x

   (d/dx) cosec x = - cosec x  cot x


Derivatives of elementary functions

  

     (d/dx ) log x = 1/ x

     (d/dx)  ex  = ex 

     (d/dx)  ax = ax. log a , where a>0, a ≠ 1

.a , where a > 0, a ≠ 1      (d/dx) √x =1/(2 √x)

     (d/dx)  log ax   = 1/(log a)x,    x > 0

     (d/dx)  k =0 ,  where k is a constant


Derivatives of hyperbolic trigonometric functions

    

     (d/dx ) sin hx = cos hx

     (d/dx ) cos hx = sin hx

     (d/dx ) tan hx =  sechx

     (d/dx ) cot hx = -cosechx

     (d/dx ) sec hx = -sech x tanh x

     (d/dx ) cosec hx = -cosech x cot hx

     

 Derivatives of Inverse trigonometric functions

     (d/dx )   sin -1 x = 1∕√(1-x²) ,   -1<x<1

     (d/dx  cos -1 x = -1∕√(1-x²) ,    -1<x<1

     (d/dx )  tanh -1 x =  1/1+x²

     (d/dx )  cot -1 x = -1/1+x²

     (d/dx )  cosec -1 x = - 1/|x|√x²-1 ,  |x|>1


Derivatives of Inverse hyperbolic functions

 

      (d/dx ) sinh -1 x = 1/(√x²+1)

      (d/dx ) cosh -1 x = 1/(√x²-1) 

      (d/dx ) tanh -1 x = 1/(1-x²)

      (d/dx ) coth -1 x = 1/x(√1-x²)

      (d/dx ) cosech -1 x = 1/x(√1+x²)

                   


Derivative Formula

Differentiation  or derivative is a process, where we find the instantaneous 

rate of change in function based on one of its variables. The most 

common example is the rate change of displacement with respect to time, 

called velocity. The opposite of finding a derivative is anti-differentiation

Differentiation is a method of finding the  derivative of a function

  If x is a variable and y is another variable, then the rate of change of x with 

respect to y is given by dy/dx. 

This is the general expression of derivative of a function and is represented as 

f'(x) = dy/dx, where y = f(x) is any function.

In real life, the derivatives are used by the people for maintaining a reservoir ,need 

to know when will a reservoir overflow knowing the depth of the water at several 

instances of time, Rocket scientists need to compute the precise velocity with 

which the satellite needs to shot out from the rocket knowing the height of the 

rocket at various times. Financial institutions needs to predict the changes in the 

value of a particular stock knowing its present value. Many such cases it is 

desirable to know how a particular parameter is changing with respect to some 

other parameter.


PROBLEMS USING DERIVATIVE FORMULAS


 For some constants a and b, find the derivative of

(i) (x − a) (x − b)


(ii) (ax2 + b)2


Solution:

(i) (x – a) (x – b)

        

        f(x) = (x-a)(x-b)         

        

        f(x)= x²- (a+ b)x+ ab


          By differentiating on both sides


       d/dx f(x)  = d/dx (x²- (a+ b)x+ ab)


                      =d/dx x²- (a +b)d/dx(x)+ d/dx (ab)

                        

                      =2x - (a+ b) *1 + 0 [ since  (d/dx) (xn ) = nxn-1


                                                                  and      (d/dx) (a) = 0  ]


                    =  2x -a-b



(ii) (ax2 + b)2

              

           f(x) =  (ax2 + b)2   

 Differentiating on both sides by  

                dy/dx f(x)  = d/dx  (ax2 + b)2 


                   d/dx f(x) = a d/dx ( x2 )+ d/dx( b2 )

  

                        = 4ax (ax2 + b)


Find the derivative of


(i) (5x3 + 3x – 1) (x – 1)


(ii) x-3 (5 + 3x)



Solutions

     

     (i) (5x3 + 3x – 1) (x – 1)

      

         f(x) = (5x3 + 3x – 1) (x – 1)

      

         Differentiating on both sides by product rule

        

        d/dx f (x) = d/dx (5x3 + 3x – 1) (x – 1)

             

               =  (5x3 + 3x – 1) d/dx  (x-1) +(x-1) d/dx (5x3 + 3x – 1)

  

              =  (5x3 + 3x – 1) d/dx (x) - d/dx (1) +(x-1) d/dx  (5x3 ) + d/dx (3x )– d/dx (1)


              =  (5x3 + 3x – 1) * 1- 0 +(x-1)(15x2+3)

          

              = 5x3 + 3x – 1+15x3+3x-15x2-3


              = 20 x-15 x2+6x-4


(ii)  x-3 (5 + 3x)

     solution

              f(x) =  x-3 (5 + 3x)

           

             Differentiating on both sides by product rule

            

              d/dx f(x) = d/dx [x-3 (5 + 3x)]

                          

                            = x-3 d/dx(5 + 3x)+(5 + 3x) d/dx  x-3 

                           

                           = x-3 d/dx(5) + d/dx (3x)+(5 + 3x) d/dx  x-3 

                          

                           = x-3  (0+3)+(5+3x) (-3 x-3-1)

                           

                           = 3x-3-15x-4-9x-3



                           = -6 x-3-15x-4

                    

                                                                                                                                                                    

Basic rules of exponents and powers

Tuesday, 24 January 2023

                                                 


      

                                             


  


              Rules Of  Exponents And Powers




              1.    am ×  an = am + n    (Product rule)

    

           2.     am ÷  an = am–n    (Quotient rule) 




           3.     (am)n = am × n     (Power of a power rule)

  

           4.      (ab)= abm    (Power of a product rule)


           5.       (a/b)= am/bm   (Power of a quotient rule)

             

           6.       a−m = 1/am   (Negative of an exponent)

         

           7.      a= 1    (zero exponent rule)

   

           8.        a1 = a

           


EXPONENTS□

  Exponents are used to write  larger numbers into shorter form .
             
                Such as  1000000= 10* 10*10*10*10*10  = 106

   The short notation 10 stands for the product of 10*10*10*10*10*10. Here 10 is 

called the base and 6 is called the exponent.  106 is read as 10 raise to the power of 6 

or simply as sixth power of 10. 106  is called the exponential  form of 

1000000.



Now, we have used numbers like 10,100,1000 etc.. while writing the numbers in an 

expanded form. 
       
                 eg ; 35421 =3 * 10000+ 5*1000+ 4*100+2*10+1

 
       This can be written as 3* 10+5*103 +4* 102+ 2* 10+1

However base can be another number also,

                                        For example   64 = 2*2*2*2*2*2

                                                                    = 26

You can also extend this way when base is a negative number

                                        For example   (-27)  = (-3)*(-3) *(-3)

                                                                       = (-3)3



                            (-1)even number      =  (1)

                                             &
           
                              (-1)odd number   =  (-1)



Examples;
             
           (-2)5    = (-2)*(-2)*(-2)*(-2)*(-2)



          (-5)4    = (-5)*(-5)*(-5)*(-5)
                     
                       =  625 



                                                                                                                



 LAWS OF EXPONENTS


       1.         PRODUCT RULE ;
                          
                                (Multiplying powers with the same base)
                                                 

                                                   am ×  an = am + n  



                          

       
             Examples

        1. calculate    a3×a5

                  Answer
                           
                         By using the product rule

                                  am ×  an = am + n  
                        
                                a3×a5   =a 3+5

                                           =    a8  


       2. calculate    664    

                Answer
  
                              By using the product rule

                              am ×  an = am + n  

                              6*64   6  2+4

                                                                 =6 6


  
    3.calculate   a3×a4×a7




 
                       2
×a3×5a4×a3×5a4×a3×5a4
         Answer
 

                       By using the product rule 
                                                   
                            am ×  an = am + n  







                           
                            a³×a4×aa3+4+7   

                                                 = a14



   

     
                                                                                                                                                 



  2.      QUOTIENT RULE   ;  

                               ( Dividing the powers with same base)


                                              am ÷  an = am–n   


     Examples


        1. calculate   8³ ÷8²

         Answer   

                            By using the quotient rule                 

                                  

                                am ÷  an = am–n      

                        

                                   ÷ = 83-2

                                

                                        = 81



    2.  calculate   c100 ÷  c90    

          Answer

                       By using the quotient rule

                          

                              am ÷  an = am–n 


                            c100 ÷  c90  = c100–90 

                                                 

                                                   = c10


            

             

                                              



      3.  calculate   911 ÷  97 

               Answer

                         By using the quotient rule

                                   

                             am ÷  an = am–n 

                                  

                              911 ÷  97  = 911–7   

                                                = 94




                                                                                                                                   




  3.      POWER OF A POWER RULE



      According to this law, if ‘a’ is the base, then the power raised to the power of 

base ‘a’ gives the product of the powers raised to the base ‘a’, such as;                     

    

                                           (am)n = am × n





Examples;




      1. calculate    (73)5



           Answer



                        

                            By using the power of a power rule


                                 

                                   (am)n = am × n


                                (73)5   = 73 × 5

                               =    715  



    2.calculate   (b2)6


          Answer

                    By using the power of a power rule

                          

                        (am)n = am × n


                                    (b2)6   =   b2 × 6 



                                               =  b12  


      3.calculate   (32)5   *    (34)3   


            Answer


                   By using the power of a power rule


                                  (am)n = am × n


   

                               (32)5   *    (34)=    310   *    312 



                      Now by using the product rule  

       

                                am ×  an = am + n  

   

                            310   *    312 310+12


                                                         =  322

                                                                                                                                   




4.       POWER OF A PRODUCT RULE


     According to this rule, for two or more different bases, if the power is same, 

then;

                                   

                                (ab)= ab


Examples:


   1. calculate  1/8  x  5-3


                 

               Answer

                By using the power of a product rule

                                (ab)= ab


                          We can write, 1/8 = 2-3

                          

                                 2-3 x 5-3 = (2 × 5)-3 = 10-3









     2.calculate 76 x 56  


    Answer


           By using the power of a product rule

    

                                   (ab)= ab


                                        76 x 56  =  (7 × 5)6 


                                               =   356 

   

   3. calculate    b4 x c4





       Answer



                            

                  By using power of a product rule




                        (ab)= ab


                             b4 x c4  =    (bc)4



                                                                                                                                                      




5.          POWER OF A QUOTIENT RULE


         According to this law, the fraction of two different bases with the same 

power is


                                        (a/b)= am/bm

Examples:
    


           1.    calculate    153/53







            Answer

                 By using the power of a quotient rule

                                  (a/b)m     = am/bm


                   

                                153/5=    (15/5)3

                                           

                                                      = (33)  = 27


         2.      calculate  104/1004

         

                       Answer


                    By using the power of a quotient rule  

                                            (a/b)m     = am/bm

                                

                                                 104/1004     =  (10/100)4    

                                            

                                                                     =     (1/10)4  



 3.      calculate   a7/b7


                  Answer

            

                 By using the power of a quotient rule

                             (a/b)m     = am/bm


                               a7/b7     =  (a/b)7    

                                            

                                            =     (a/b)7     


                                                                                                                                                                      


6.   NEGATIVE OF AN EXPONENT

    

           According to this rule, if the exponent is negative, we can change 

the exponent into positive by writing the same value in the denominator and the 

numerator holds the value 1. 


                                a−m = 1/am   


Example:


     Find the value of     2-2  


               Answer

                 

            By using the negative of an exponent rule 

                               

                                  a−m = 1/am   

                                         

                                          2-2  = 1/2 2 

                                                  

                                                            =1/4

                                                                                                                                                         


7.   ZERO EXPONENT RULE

            According to this rule, when the power of any integer is zero, then its value is equal to 1,           

                          a= 1 


Example:


      Find the value of 7 


          Answer

                

                       By using the zero exponent rule

                                                         

                                      a= 1 

    

                                     7 = 1


                                                                                                                            

More Problems on Laws of Exponents

     

    1.     What is the value of 50 + 22 + 40 + 71 – 31 ?


       Answer;  50 + 22 + 40 + 71 – 31 

                  

                       = 1+4+1+7-3= 10

    

        2.     Express 83 as a power with base 2.

       

     Answer: : We know, 8= 2×2×2 = 23


                    Therefore, 83(23)3 = 29




           3.  What is the simplification of (−6)-4 × (−6)-7?




       Answer: (−6)-4 × (−6)-7


                     


                                = (-6)-4-7 = (-6)-11.






            5.   Find the value when 10-5 is divided by 10-3.

  

         Answer:     As per the question;

                                      

                       10-5/10-3 

             

                          = 10-5-(-)3

           

                           = 10-5+3

        

                           = 10-2

        

                           = 1/100



SUMMARY

The exponent of a number indicates the total time to use that number in a 

multiplication. For example, 8 × 8 × 8  can be expressed as 83 because 8 is 

multiplied by itself 3 times. Here, 3 is the ‘exponent’ or ‘power’ which tells how 

many times 8 is multiplied by itself, and 8 is the ‘base’ which represents the 

number being multiplied. In short, power or exponent indicates the number of times 

number needs to be multiplied by itself. Here, the base can be any integer, 

fraction or decimal. The exponent can also take up any value, be it positive or 

negative. Above we all ready discussed above different exponential rules.




                                                                                                                                                      





   






                             





                                                                                                                          


  

 


  


  



      



                   





   



     








      




   


 





  









                                  =