För gäller följande .
Denna regel gäller för alla konstanter
n, men har ett ganska invecklat bevis om den ska visas generellt. Därför gäller följande härledning bara för exponenter
n som är positiva heltal, men kan utvidgas till att gälla för alla
n. Man sätter in
f(x)=xn i :
f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x)=h→0limh(x+h)n−xn.
Att utveckla
(x+n)n kommer att resultera i ett långt och krångligt uttryck som kommer att innehålla fler termer ju större
n är. Man behöver dock bara titta på några av dessa för att kunna bestämma . Först skriver man om
(x+n)n som en multiplikation av
n stycken parenteser:
(x+h)(x+h)(x+h)…
När man multiplicerar ihop dessa parenteser kommer varje term i den första parentesen multipliceras med alla i den andra parentesen, tredje parentesen och så vidare. När alla
x multipliceras med varandra får man termen
xn.
Sedan multipliceras h från den första parentesen med x från de resterande n−1 parenteser, vilket ger termen h⋅xn−1.
Man kan få en likadan term om man multiplicerar
h från den andra parentesen med
x från alla de andra, och på samma sätt för
h från den tredje parentesen ända upp till den
n:te parentesen. Då får man totalt
n termer på formen
h⋅xn−1, vilket kan skrivas
n⋅h⋅xn−1. Resten av termerna man får av att multiplicera ihop parenteserna kommer att ha minst två
h multiplicerade med varandra, det vill säga
h2⋅xn−2,h3⋅xn−3osv.
Utvecklar man
(x+h)n får man alltså
xn, nhxn−1 och en stor mängd termer med
h2 eller högre exponent. Man kan skriva detta som
(x+h)n=xn+nhxn−1+O(h2),
där
O(h2) representerar alla termer med
h2 eller högre exponent. Man kan nu sätta in detta i derivatans definition och förenkla.
h→0limh(x+h)n−xn
h→0limhxn+nhxn−1+O(h2)−xn
h→0limhnhxn−1+O(h2)
h→0lim(hnhxn−1+hO(h2))
h→0lim(nxn−1+hO(h2))
O(h2) innehåller bara termer med
h2 eller högre exponent som alla kan divideras med
h, och när de divideras sänks alla exponenter till
h med 1. Alla termer kommer dock fortfarande att innehålla minst en faktor
h, så man kan skriva divisionen som
hO(h2)=O(h),
där
O(h) är en summa av termer som alla innehåller faktorn
h. Då får man
h→0lim(nxn−1+hO(h2))=h→0lim(nxn−1+O(h)).
Den första termen i gränsvärdet innehåller inget
h, så den kommer inte påverkas av att
h går mot
0. Den andra termen,
O(h), kommer däremot att försvinna helt eftersom alla termer den representerar innehåller minst en faktor
h. När
h går mot
0 kommer därför alla dessa termer gå mot
0 och
O(h) försvinner. Man får
h→0lim(nxn−1+O(h))=nxn−1.
Detta betyder att
f′(x)=nxn−1
när
n är ett positivt heltal.