Unit 2A

Derivatives Part 1

Lesson 4: Product and Quotient Rules


The Quotient Rule

Sometimes functions appear as a product of two functions, as was seen in the previous section of this Lesson involving the product rule. Alternatively, sometimes functions appear as a quotient of two functions. In both cases, the derivatives of these functions can be determined.

The quotient rule is derived from the product rule.

Let «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi»y«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mrow»«/mstyle»«/math» represent the quotient of two functions «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»u«/mi»«/mstyle»«/math» and «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»v«/mi»«/mstyle»«/math», where «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»u«/mi»«/mstyle»«/math» and «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»v«/mi»«/mstyle»«/math» are each differentiable.

If the function is rewritten to solve for «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»u«/mi»«/mstyle»«/math», the result is as follows.

«math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi»u«/mi»«mo»=«/mo»«mi»y«/mi»«mo»§#8729;«/mo»«mi»v«/mi»«/mrow»«/mstyle»«/math»

Applying the product rule to find the derivative yields the following.

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»=«/mo»«mi»y«/mi»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«mo»+«/mo»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«/math»

To find the derivative of «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi»y«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mrow»«/mstyle»«/math», solve for «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«/mstyle»«/math».

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«mo»=«/mo»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»§#8722;«/mo»«mi»y«/mi»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/math»

Substitute «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfrac»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mstyle»«/math» for «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»y«/mi»«/mstyle»«/math» in the derivative expression.

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«mo»=«/mo»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»§#8722;«/mo»«mi»y«/mi»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«mo»=«/mo»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»§#8722;«/mo»«mfenced»«mfrac»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mfenced»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/math»

Simplify the right side by subtracting the fractions using a common denominator.

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mtable columnalign=¨left¨»«mtr»«mtd»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«/mrow»«mi»v«/mi»«/mfrac»«mo»§#8722;«/mo»«mfenced»«mfrac»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mfenced»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mi»v«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»v«/mi»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»§#8722;«/mo»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/mrow»«mi»v«/mi»«/mfrac»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/math»

Divide both sides by «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»v«/mi»«/mstyle»«/math» to solve for «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»y«/mi»«/mstyle»«/math».

«math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»y«/mi»«mo»`«/mo»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»v«/mi»«mi»u«/mi»«mo»`«/mo»«mo»§#8722;«/mo»«mi»u«/mi»«mi»v«/mi»«mo»`«/mo»«/mrow»«msup»«mi»v«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mfrac»«/mstyle»«/math»

The Quotient Rule

If both «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mstyle»«/math» and «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mstyle»«/math» are differentiable functions, then the quotient «math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfrac»«mrow»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfrac»«/mstyle»«/math» is also differentiable and

«math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfenced»«mfrac»«mi»f«/mi»«mi»g«/mi»«/mfrac»«/mfenced»«mo»`«/mo»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mi»f«/mi»«mo»`«/mo»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mo»-«/mo»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mi»g«/mi»«mo»`«/mo»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«msup»«mfenced open=¨[¨ close=¨]¨»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfenced»«mn»2«/mn»«/msup»«/mfrac»«/mstyle»«/math».

Alternative notation:

«math style=¨font-family:Verdana¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mfrac»«mi»d«/mi»«mrow»«mi»d«/mi»«mi»x«/mi»«/mrow»«/mfrac»«mfenced open=¨[¨ close=¨]¨»«mfrac»«mrow»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfrac»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mo»§#8729;«/mo»«mstyle displaystyle=¨true¨»«mfrac»«mi»d«/mi»«mrow»«mi»d«/mi»«mi»x«/mi»«/mrow»«/mfrac»«/mstyle»«mfenced open=¨[¨ close=¨]¨»«mrow»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfenced»«mo»-«/mo»«mi»f«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«mo»§#8729;«/mo»«mstyle displaystyle=¨true¨»«mfrac»«mi»d«/mi»«mrow»«mi»d«/mi»«mi»x«/mi»«/mrow»«/mfrac»«/mstyle»«mfenced open=¨[¨ close=¨]¨»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfenced»«/mrow»«msup»«mfenced open=¨[¨ close=¨]¨»«mrow»«mi»g«/mi»«mfenced»«mi»x«/mi»«/mfenced»«/mrow»«/mfenced»«mn»2«/mn»«/msup»«/mfrac»«/mrow»«/mstyle»«/math»

In words:

The derivative of a quotient is the denominator function multiplied by the derivative of the numerator function subtract the numerator function multiplied by the derivative of the denominator function, all divided by the square of the denominator.