Clasa 11Analiză

Derivate — Teorie, Formule si Exemple

Derivata măsoară viteza de schimbare a unei funcții și este conceptul central al analizei matematice din programa de clasa a 11-a, profil Matematică M1. La examenul de Bacalaureat, derivatele apar în Subiectul III în fiecare sesiune (15 puncte, format a + b + c câte 5 puncte), unde se cere de regulă calculul derivatei, aflarea monotoniei, a extremelor sau demonstrarea unei inegalități. Stăpânirea derivatelor este esențială și pentru temele conexe — monotonie și convexitate, asimptote, studiul complet al funcțiilor, primitive și integrale. Trebuie să cunoști pe de rost tabelul derivatelor elementare și cele cinci reguli de derivare: sumă, produs, cât, compunere și putere compusă.

Definiția derivatei și interpretarea geometrică

Derivata funcției ff în punctul x0x_0 este limita raportului incremental: f′(x0)=lim⁡h→0f(x0+h)−f(x0)hf'(x_0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x_0 + h) - f(x_0)}{h} dacă această limită există și este finită. Dacă există, ff se numește derivabilă în x0x_0. Forma echivalentă cu x→x0x \to x_0: f′(x0)=lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} Această formă este utilă când funcția este dată pe ramuri. Interpretare geometrică: f′(x0)f'(x_0) este panta tangentei la graficul lui ff în punctul (x0,f(x0))(x_0, f(x_0)). Ecuația tangentei este: y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)y - f(x_0) = f'(x_0)(x - x_0) Notații echivalente: f′(x)f'(x), dfdx\dfrac{df}{dx}, ddxf(x)\dfrac{d}{dx}f(x). Legătura cu continuitatea: Dacă ff este derivabilă în x0x_0, atunci ff este continuă în x0x_0. Reciproca este falsă: f(x)=∣x∣f(x) = |x| este continuă în x0=0x_0 = 0, dar nu derivabilă (limitele laterale ale raportului incremental sunt −1-1 și 11, deci diferite).
usorExercițiu de bază
Calculați derivata lui f(x)=x2f(x) = x^2 în punctul x0=3x_0 = 3 din definiție.
1
2 puncte
f′(3)=lim⁡h→0(3+h)2−9h=lim⁡h→09+6h+h2−9hf'(3) = \lim_{h \to 0} \dfrac{(3+h)^2 - 9}{h} = \lim_{h \to 0} \dfrac{9 + 6h + h^2 - 9}{h}
2
3 puncte
=lim⁡h→06h+h2h=lim⁡h→0(6+h)=6= \lim_{h \to 0} \dfrac{6h + h^2}{h} = \lim_{h \to 0} (6 + h) = 6
mediuTip Bac — derivabilitate pe ramuri
Fie f:R→Rf: \mathbb{R} \to \mathbb{R}, f(x)={x2+1,x≤12x,x>1f(x) = \begin{cases} x^2 + 1, & x \leq 1 \\ 2x, & x > 1 \end{cases}. Arătați că ff este derivabilă în x0=1x_0 = 1.
1
2 puncte
Verificăm continuitatea: lim⁡x→1−f(x)=1+1=2\lim_{x \to 1^-} f(x) = 1 + 1 = 2, lim⁡x→1+f(x)=2⋅1=2\lim_{x \to 1^+} f(x) = 2 \cdot 1 = 2, f(1)=2f(1) = 2. Deci ff este continuă.
2
2 puncte
Derivata la stânga: fs′(1)=lim⁡x→1−x2+1−2x−1=lim⁡x→1−(x−1)(x+1)x−1=2f_s'(1) = \lim_{x \to 1^-} \dfrac{x^2 + 1 - 2}{x - 1} = \lim_{x \to 1^-} \dfrac{(x-1)(x+1)}{x-1} = 2.
3
1 punct
Derivata la dreapta: fd′(1)=lim⁡x→1+2x−2x−1=lim⁡x→1+2(x−1)x−1=2f_d'(1) = \lim_{x \to 1^+} \dfrac{2x - 2}{x - 1} = \lim_{x \to 1^+} \dfrac{2(x-1)}{x-1} = 2. Cum fs′(1)=fd′(1)=2f_s'(1) = f_d'(1) = 2, funcția este derivabilă și f′(1)=2f'(1) = 2.

Tabelul derivatelor elementare — formulele de memorat

Constanta
(c)′=0(c)' = 0
Constanta nu se schimbă, deci rata de schimbare este 0.
Putere
(xn)′=n⋅xn−1(x^n)' = n \cdot x^{n-1}
Valabil pentru orice n∈Rn \in \mathbb{R}. Cazuri: (x)′=1(x)'=1, (x)′=12x(\sqrt{x})'=\frac{1}{2\sqrt{x}}, (1x)′=−1x2\left(\frac{1}{x}\right)'=-\frac{1}{x^2}.
Exponențiala naturală
(ex)′=ex(e^x)' = e^x
exe^x este singura funcție care este propria ei derivată.
Exponențiala în baza a
(ax)′=ax⋅ln⁡a(a^x)' = a^x \cdot \ln a, cu a>0a > 0, a≠1a \neq 1
Cazul a=ea=e se reduce la formula precedentă (ln⁡e=1\ln e = 1).
Logaritmul natural
(ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \dfrac{1}{x}, cu x>0x > 0
Funcție definită și derivabilă doar pentru x>0x > 0.
Logaritmul zecimal
(lg⁡x)′=1xln⁡10(\lg x)' = \dfrac{1}{x \ln 10}
Se deduce din formula de schimbare a bazei: lg⁡x=ln⁡xln⁡10\lg x = \frac{\ln x}{\ln 10}.
Logaritmul în baza a
(log⁡ax)′=1xln⁡a(\log_a x)' = \dfrac{1}{x \ln a}
La a=ea=e: ln⁡a=1\ln a = 1, revenim la (ln⁡x)′=1/x(\ln x)'=1/x.
Sinusul
(sin⁡x)′=cos⁡x(\sin x)' = \cos x
Argumentul xx este în radiani.
Cosinusul
(cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x
Atenție la semnul minus!
Tangenta
(tg⁡ x)′=1cos⁡2x(\operatorname{tg}\, x)' = \dfrac{1}{\cos^2 x}
Nedefinit unde cos⁡x=0\cos x = 0, adică x=π2+kπx = \frac{\pi}{2} + k\pi.
Cotangenta
(ctg⁡ x)′=−1sin⁡2x(\operatorname{ctg}\, x)' = -\dfrac{1}{\sin^2 x}
Nedefinit unde sin⁡x=0\sin x = 0, adică x=kπx = k\pi.
Rădăcina pătrată
(x)′=12x(\sqrt{x})' = \dfrac{1}{2\sqrt{x}}, cu x>0x > 0
Caz particular al formulei puterii cu n=1/2n = 1/2.
usorTip Bac Subiectul III.a
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=x4−3x2+ln⁡xf(x) = x^4 - 3x^2 + \ln x, x>0x > 0.
1
3 puncte
Derivăm termen cu termen: (x4)′=4x3(x^4)' = 4x^3, (3x2)′=6x(3x^2)' = 6x, (ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \dfrac{1}{x}.
2
2 puncte
f′(x)=4x3−6x+1xf'(x) = 4x^3 - 6x + \dfrac{1}{x}
usorTip Bac Subiectul III.a
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=ex+sin⁡x−3xf(x) = e^x + \sin x - 3\sqrt{x}, x>0x > 0.
1
3 puncte
Derivăm termen cu termen: (ex)′=ex(e^x)' = e^x, (sin⁡x)′=cos⁡x(\sin x)' = \cos x, (3x)′=3⋅12x=32x(3\sqrt{x})' = 3 \cdot \dfrac{1}{2\sqrt{x}} = \dfrac{3}{2\sqrt{x}}.
2
2 puncte
f′(x)=ex+cos⁡x−32xf'(x) = e^x + \cos x - \dfrac{3}{2\sqrt{x}}

Cele 5 reguli de derivare — sumă, produs, cât, compunere, putere compusă

Cele cinci reguli de derivare acoperă orice funcție întâlnită la Bac: Suma/diferența: (f±g)′=f′±g′(f \pm g)' = f' \pm g' — se derivează termen cu termen. Produsul cu scalar: (c⋅f)′=c⋅f′(c \cdot f)' = c \cdot f' — constanta se scoate. Produsul (Leibniz): (f⋅g)′=f′⋅g+f⋅g′(f \cdot g)' = f' \cdot g + f \cdot g' — doi termeni! Câtul: (fg)′=f′⋅g−f⋅g′g2\left(\dfrac{f}{g}\right)' = \dfrac{f' \cdot g - f \cdot g'}{g^2}, cu g≠0g \neq 0. Compunerea (chain rule): (f(g(x)))′=f′(g(x))⋅g′(x)(f(g(x)))' = f'(g(x)) \cdot g'(x) — derivata exteriorului calculată în interior, înmulțită cu derivata interiorului. Putere compusă (caz frecvent): ((g(x))n)′=n⋅(g(x))n−1⋅g′(x)((g(x))^n)' = n \cdot (g(x))^{n-1} \cdot g'(x) Alte compuneri frecvente la Bac:
  • (eg(x))′=eg(x)⋅g′(x)(e^{g(x)})' = e^{g(x)} \cdot g'(x)
  • (ln⁡(g(x)))′=g′(x)g(x)(\ln(g(x)))' = \dfrac{g'(x)}{g(x)}
  • (sin⁡(g(x)))′=cos⁡(g(x))⋅g′(x)(\sin(g(x)))' = \cos(g(x)) \cdot g'(x)
usorTip Bac Subiectul III.a — regula produsului
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=x3exf(x) = x^3 e^x.
1
2 puncte
Aplicăm regula produsului: (f⋅g)′=f′g+fg′(f \cdot g)' = f'g + fg' cu f=x3f = x^3, g=exg = e^x.
2
1 punct
f′=3x2f' = 3x^2, g′=exg' = e^x.
3
2 puncte
f′(x)=3x2⋅ex+x3⋅ex=x2ex(3+x)f'(x) = 3x^2 \cdot e^x + x^3 \cdot e^x = x^2 e^x(3 + x)
mediuTip Bac Subiectul III.a — chain rule cu logaritm
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=ln⁡(x2+1)f(x) = \ln(x^2 + 1).
1
2 puncte
Funcție compusă: f=ln⁡(u)f = \ln(u) cu u=x2+1u = x^2 + 1. Chain rule: f′(x)=(ln⁡u)′⋅u′f'(x) = (\ln u)' \cdot u'.
2
2 puncte
(ln⁡u)′=1u=1x2+1(\ln u)' = \dfrac{1}{u} = \dfrac{1}{x^2+1}, iar u′=2xu' = 2x.
3
1 punct
f′(x)=1x2+1⋅2x=2xx2+1f'(x) = \dfrac{1}{x^2+1} \cdot 2x = \dfrac{2x}{x^2+1}
mediuTip Bac Subiectul III.a — regula câtului
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=sin⁡x1+cos⁡xf(x) = \dfrac{\sin x}{1 + \cos x}.
1
2 puncte
Regula câtului cu u=sin⁡xu = \sin x, v=1+cos⁡xv = 1 + \cos x: f′=u′v−uv′v2f' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}.
2
1 punct
u′=cos⁡xu' = \cos x, v′=−sin⁡xv' = -\sin x.
3
1 punct
f′(x)=cos⁡x(1+cos⁡x)+sin⁡2x(1+cos⁡x)2=cos⁡x+cos⁡2x+sin⁡2x(1+cos⁡x)2f'(x) = \dfrac{\cos x(1+\cos x) + \sin^2 x}{(1+\cos x)^2} = \dfrac{\cos x + \cos^2 x + \sin^2 x}{(1+\cos x)^2}
4
1 punct
Deoarece cos⁡2x+sin⁡2x=1\cos^2 x + \sin^2 x = 1: f′(x)=1+cos⁡x(1+cos⁡x)2=11+cos⁡xf'(x) = \dfrac{1 + \cos x}{(1+\cos x)^2} = \dfrac{1}{1+\cos x}
greuTip Bac Subiectul III — compunere multiplă
Calculați f′(x)f'(x) pentru f(x)=esin⁡(2x)f(x) = e^{\sin(2x)}.
1
2 puncte
Avem o triplă compunere: eue^u cu u=sin⁡vu = \sin v cu v=2xv = 2x. Aplicăm chain rule de două ori.
2
1 punct
(eu)′=eu(e^u)' = e^u, (sin⁡v)′=cos⁡v(\sin v)' = \cos v, (2x)′=2(2x)' = 2.
3
2 puncte
f′(x)=esin⁡(2x)⋅cos⁡(2x)⋅2=2cos⁡(2x)⋅esin⁡(2x)f'(x) = e^{\sin(2x)} \cdot \cos(2x) \cdot 2 = 2\cos(2x) \cdot e^{\sin(2x)}

Derivate de ordin superior — derivata a doua și aplicații

Derivata a doua: f′′(x)=(f′(x))′f''(x) = (f'(x))' — derivata derivatei. Derivata de ordin nn: f(n)(x)=(f(n−1)(x))′f^{(n)}(x) = \bigl(f^{(n-1)}(x)\bigr)'. Notații: f′′f'', f(2)f^{(2)}, d2fdx2\dfrac{d^2f}{dx^2} pentru a doua; f(n)f^{(n)} pentru ordinul nn. Semnificația derivatei a doua:
  • f′′(x0)>0f''(x_0) > 0 — graficul este convex (concavitate în sus) în vecinătatea lui x0x_0.
  • f′′(x0)<0f''(x_0) < 0 — graficul este concav (concavitate în jos) în vecinătatea lui x0x_0.
  • f′′(x0)=0f''(x_0) = 0 — posibil punct de inflexiune (dacă f′′f'' schimbă semnul).
La Bac: Derivata a doua apare la demonstrarea convexității/concavității și la aflarea punctelor de inflexiune (Subiectul III, punct b sau c).
usorTip Bac Subiectul III.a
Calculați f′′(x)f''(x) pentru f(x)=x4−2x2+5f(x) = x^4 - 2x^2 + 5.
1
2 puncte
f′(x)=4x3−4xf'(x) = 4x^3 - 4x.
2
3 puncte
f′′(x)=(4x3−4x)′=12x2−4f''(x) = (4x^3 - 4x)' = 12x^2 - 4.
mediuTip Bac Subiectul III — derivata a doua cu produs
Calculați f′′(x)f''(x) pentru f(x)=x⋅exf(x) = x \cdot e^x.
1
2 puncte
f′(x)=1⋅ex+x⋅ex=(x+1)exf'(x) = 1 \cdot e^x + x \cdot e^x = (x + 1)e^x (regula produsului).
2
3 puncte
f′′(x)=1⋅ex+(x+1)⋅ex=(x+2)exf''(x) = 1 \cdot e^x + (x+1) \cdot e^x = (x + 2)e^x (din nou regula produsului).

Ecuația tangentei la graficul unei funcții

Ecuația tangentei la graficul funcției ff în punctul de abscisă x0x_0 este: y=f(x0)+f′(x0)(x−x0)y = f(x_0) + f'(x_0)(x - x_0) Pași de rezolvare:
  1. Se calculează f(x0)f(x_0) — ordonata punctului de tangență.
  2. Se calculează f′(x)f'(x) și apoi f′(x0)f'(x_0) — panta tangentei.
  3. Se înlocuiesc în formulă.
Cazuri speciale:
  • Tangentă orizontală: f′(x0)=0f'(x_0) = 0 ⇒\Rightarrow y=f(x0)y = f(x_0) (dreaptă paralelă cu OxOx).
  • Tangentă cu panta mm dată: se rezolvă ecuația f′(x0)=mf'(x_0) = m.
La Bac: Aflarea ecuației tangentei apare frecvent ca punct a) sau b) la Subiectul III.
usorTip Bac Subiectul III.a
Scrieți ecuația tangentei la graficul funcției f(x)=x3−2x+1f(x) = x^3 - 2x + 1 în punctul de abscisă x0=1x_0 = 1.
1
2 puncte
f(1)=1−2+1=0f(1) = 1 - 2 + 1 = 0, deci punctul de tangență este (1,0)(1, 0).
2
2 puncte
f′(x)=3x2−2f'(x) = 3x^2 - 2, deci f′(1)=3−2=1f'(1) = 3 - 2 = 1.
3
1 punct
Ecuația tangentei: y=0+1⋅(x−1)=x−1y = 0 + 1 \cdot (x - 1) = x - 1.
mediuTip Bac Subiectul III.b
Determinați punctele de pe graficul funcției f(x)=x3−3xf(x) = x^3 - 3x în care tangenta este orizontală.
1
2 puncte
f′(x)=3x2−3f'(x) = 3x^2 - 3. Tangenta este orizontală când f′(x)=0f'(x) = 0.
2
2 puncte
3x2−3=0⇒x2=1⇒x∈{−1,1}3x^2 - 3 = 0 \Rightarrow x^2 = 1 \Rightarrow x \in \{-1, 1\}.
3
1 punct
f(−1)=−1+3=2f(-1) = -1 + 3 = 2, f(1)=1−3=−2f(1) = 1 - 3 = -2. Punctele sunt (−1,2)(-1, 2) și (1,−2)(1, -2).

Greșeli frecvente la derivare — cele mai pierdute puncte la Bac

✗
(sin⁡(x2))′=cos⁡(x2)(\sin(x^2))' = \cos(x^2)
✓(sin⁡(x2))′=cos⁡(x2)⋅2x(\sin(x^2))' = \cos(x^2) \cdot 2x (chain rule!)
Când ai o funcție compusă, înmulțești cu derivata funcției interioare. Uitarea chain rule este cel mai frecvent tip de eroare la Bac.
✗
(f⋅g)′=f′⋅g′(f \cdot g)' = f' \cdot g'
✓(f⋅g)′=f′g+fg′(f \cdot g)' = f'g + fg'
Regula produsului are doi termeni. Nu se derivează fiecare factor independent — aceasta este o confuzie foarte răspândită.
✗
(ex2)′=ex2(e^{x^2})' = e^{x^2}
✓(ex2)′=ex2⋅2x(e^{x^2})' = e^{x^2} \cdot 2x
Chain rule se aplică și la exponențiale compuse. Formula (ex)′=ex(e^x)' = e^x este valabilă doar când exponentul este exact xx.
✗
(ln⁡5x)′=15x(\ln 5x)' = \dfrac{1}{5x}
✓(ln⁡5x)′=15x⋅5=1x(\ln 5x)' = \dfrac{1}{5x} \cdot 5 = \dfrac{1}{x}
Chain rule cu u=5xu = 5x, u′=5u' = 5. Alternativ: ln⁡5x=ln⁡5+ln⁡x\ln 5x = \ln 5 + \ln x, deci derivata este 1/x1/x.
✗
(fg)′=f′g′\left(\dfrac{f}{g}\right)' = \dfrac{f'}{g'}
✓(fg)′=f′g−fg′g2\left(\dfrac{f}{g}\right)' = \dfrac{f'g - fg'}{g^2}
Regula câtului nu este raportul derivatelor. Este o formulă cu structură „numărător derivat ori numitor minus numărător ori numitor derivat, totul pe numitor la pătrat".
✗
(cos⁡x)′=sin⁡x(\cos x)' = \sin x
✓(cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x
Semnul minus este esențial. Memorează: sinusul derivează cu plus, cosinusul derivează cu minus.

Strategii pentru derivate la examenul de Bacalaureat

Identifică tipul de funcție înainte de a deriva: (1) Sumă/diferență — derivezi termen cu termen. (2) Produs — regula Leibniz. (3) Cât — regula câtului. (4) Compunere — chain rule. La Bac, funcțiile sunt frecvent combinații ale acestor tipuri. Scrie pe ciornă structura funcției înainte de a calcula.
Chain rule — verificare rapidă: Dacă ai f(g(x))f(g(x)), scrie u=g(x)u = g(x), derivează f(u)f(u) față de uu, înmulțește cu u′u'. Formulele (ef(x))′=ef(x)⋅f′(x)(e^{f(x)})' = e^{f(x)} \cdot f'(x) și (ln⁡(f(x)))′=f′(x)f(x)(\ln(f(x)))' = \dfrac{f'(x)}{f(x)} apar în aproape fiecare subiect.
Simplificați întotdeauna rezultatul: Examinatorii se așteaptă la forma simplificată. Scoateți factorii comuni (ex: x2ex(3+x)x^2 e^x(3 + x) în loc de 3x2ex+x3ex3x^2 e^x + x^3 e^x), reduceți fracțiile, factorizați. Punctele de la „formă finală" se pierd dacă lăsați expresia nesimplificată.
Verificare prin substituție: După ce calculați f′(x)f'(x), înlocuiți o valoare simplă (ex: x=0x = 0 sau x=1x = 1) atât în rezultat, cât și estimativ din funcția originală. Dacă panta pare rezonabilă, probabil derivata este corectă.
Atenție la domeniul de definiție: Dacă funcția conține ln⁡\ln, \sqrt{} sau fracții, precizați domeniul pe care derivata este valabilă. Examinatorii acordă puncte pentru acest detaliu, în special la Subiectul III punct a).

Formularul complet al derivatelor — sinteză pentru Bac

Constanta
(c)′=0(c)' = 0
Orice constantă derivează la 0.
Putere
(xn)′=nxn−1(x^n)' = n x^{n-1}
Valabil pentru orice nn real.
Exponențiala naturală
(ex)′=ex(e^x)' = e^x
Singura funcție egală cu propria derivată.
Exponențiala în baza a
(ax)′=axln⁡a(a^x)' = a^x \ln a
La a=ea=e: ln⁡e=1\ln e = 1.
Logaritmul natural
(ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \dfrac{1}{x}
Doar pentru x>0x > 0.
Logaritmul în baza a
(log⁡ax)′=1xln⁡a(\log_a x)' = \dfrac{1}{x \ln a}
Generalizare a logaritmului natural.
Sinus
(sin⁡x)′=cos⁡x(\sin x)' = \cos x
Argument în radiani.
Cosinus
(cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x
Atenție la semnul minus.
Tangenta
(tg⁡ x)′=1cos⁡2x(\operatorname{tg}\, x)' = \dfrac{1}{\cos^2 x}
Notație românească pentru tangentă.
Produs (Leibniz)
(fg)′=f′g+fg′(fg)' = f'g + fg'
Doi termeni — nu un singur produs.
Cât
(fg)′=f′g−fg′g2\left(\dfrac{f}{g}\right)' = \dfrac{f'g - fg'}{g^2}
Numărătorul derivat ori numitorul minus numărătorul ori numitorul derivat.
Chain rule
(f(g(x)))′=f′(g(x))⋅g′(x)(f(g(x)))' = f'(g(x)) \cdot g'(x)
Derivata exteriorului în interior, înmulțită cu derivata interiorului.
Putere compusă
((g(x))n)′=n(g(x))n−1⋅g′(x)((g(x))^n)' = n(g(x))^{n-1} \cdot g'(x)
Caz particular foarte frecvent al chain rule.
Exponențială compusă
(eg(x))′=eg(x)⋅g′(x)(e^{g(x)})' = e^{g(x)} \cdot g'(x)
Apare în aproape fiecare subiect de Bac.
Logaritm compus
(ln⁡(g(x)))′=g′(x)g(x)(\ln(g(x)))' = \dfrac{g'(x)}{g(x)}
Derivata logaritmică — utilă și pentru demonstrații de inegalități.
57 zile până la BAC

Pregătește-te la Derivate cu AI

Rezolvă probleme pe hârtie, fotografiază și primește feedback instant de la AI — ca de la un profesor.

Vreau evaluare AI pe soluția mea

50 credite gratuite la înregistrare. Fără card, fără obligații.