Tenho que derivar esta função

Derivando de forma direta, não encontro problema algum...

E resolvendo tudo no final encontro o resultado de:

Agora eu não consigo entender ( e vejo que estou falhando com conceitos de matemática básica) se eu partir para resolver, antes de derivar, "ajeitando" a expressão.
Por exemplo:

Gostaria que me descrevessem o desenrolar desta solução até a resposta final, pois tentei vários métodos e não chego ao final.