与えられた6つの関数を微分する問題です。 (1) $y = \sin^{-1}(4x)$ (2) $y = \cos^{-1}(\frac{x}{4})$ (3) $y = \tan^{-1}(\frac{3}{4}x)$ (4) $y = \sin^{-1}(\frac{2}{x}), \quad x \ge 2$ (5) $y = \frac{\sin^{-1}x}{\cos^{-1}x}$ (6) $y = \sqrt{\tan^{-1}x}$

解析学微分逆三角関数
2025/7/5
はい、承知いたしました。以下の形式で問題に回答します。

1. 問題の内容

与えられた6つの関数を微分する問題です。
(1) y=sin1(4x)y = \sin^{-1}(4x)
(2) y=cos1(x4)y = \cos^{-1}(\frac{x}{4})
(3) y=tan1(34x)y = \tan^{-1}(\frac{3}{4}x)
(4) y=sin1(2x),x2y = \sin^{-1}(\frac{2}{x}), \quad x \ge 2
(5) y=sin1xcos1xy = \frac{\sin^{-1}x}{\cos^{-1}x}
(6) y=tan1xy = \sqrt{\tan^{-1}x}

2. 解き方の手順

(1) y=sin1(4x)y = \sin^{-1}(4x)
dydx=11(4x)24=4116x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{1 - (4x)^2}} \cdot 4 = \frac{4}{\sqrt{1 - 16x^2}}
(2) y=cos1(x4)y = \cos^{-1}(\frac{x}{4})
dydx=11(x4)214=141x216=1416x216=1416x24=116x2\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{\sqrt{1 - (\frac{x}{4})^2}} \cdot \frac{1}{4} = \frac{-1}{4\sqrt{1 - \frac{x^2}{16}}} = \frac{-1}{4\sqrt{\frac{16 - x^2}{16}}} = \frac{-1}{4\frac{\sqrt{16-x^2}}{4}} = \frac{-1}{\sqrt{16 - x^2}}
(3) y=tan1(34x)y = \tan^{-1}(\frac{3}{4}x)
dydx=11+(34x)234=34(1+916x2)=34(16+9x216)=3164(16+9x2)=1216+9x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + (\frac{3}{4}x)^2} \cdot \frac{3}{4} = \frac{3}{4(1 + \frac{9}{16}x^2)} = \frac{3}{4(\frac{16 + 9x^2}{16})} = \frac{3 \cdot 16}{4(16 + 9x^2)} = \frac{12}{16 + 9x^2}
(4) y=sin1(2x)y = \sin^{-1}(\frac{2}{x})
dydx=11(2x)2(2x2)=2x214x2=2x2x24x2=2x2x24x=2xx2x24\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{1 - (\frac{2}{x})^2}} \cdot (-\frac{2}{x^2}) = \frac{-2}{x^2\sqrt{1 - \frac{4}{x^2}}} = \frac{-2}{x^2\sqrt{\frac{x^2 - 4}{x^2}}} = \frac{-2}{x^2 \frac{\sqrt{x^2 - 4}}{|x|}} = \frac{-2|x|}{x^2\sqrt{x^2 - 4}}
x2x \ge 2 より x=x|x| = x なので
dydx=2xx2x24=2xx24\frac{dy}{dx} = \frac{-2x}{x^2\sqrt{x^2 - 4}} = \frac{-2}{x\sqrt{x^2 - 4}}
(5) y=sin1xcos1xy = \frac{\sin^{-1}x}{\cos^{-1}x}
dydx=(cos1x)11x2(sin1x)11x2(cos1x)2=cos1x1x2+sin1x1x2(cos1x)2=cos1x+sin1x1x2(cos1x)2\frac{dy}{dx} = \frac{(\cos^{-1}x) \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} - (\sin^{-1}x) \frac{-1}{\sqrt{1 - x^2}}}{(\cos^{-1}x)^2} = \frac{\frac{\cos^{-1}x}{\sqrt{1 - x^2}} + \frac{\sin^{-1}x}{\sqrt{1 - x^2}}}{(\cos^{-1}x)^2} = \frac{\cos^{-1}x + \sin^{-1}x}{\sqrt{1 - x^2}(\cos^{-1}x)^2}
sin1x+cos1x=π2\sin^{-1}x + \cos^{-1}x = \frac{\pi}{2}なので
dydx=π21x2(cos1x)2\frac{dy}{dx} = \frac{\pi}{2\sqrt{1 - x^2}(\cos^{-1}x)^2}
(6) y=tan1xy = \sqrt{\tan^{-1}x}
dydx=12tan1x11+x2=12(1+x2)tan1x\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2\sqrt{\tan^{-1}x}} \cdot \frac{1}{1 + x^2} = \frac{1}{2(1 + x^2)\sqrt{\tan^{-1}x}}

3. 最終的な答え

(1) dydx=4116x2\frac{dy}{dx} = \frac{4}{\sqrt{1 - 16x^2}}
(2) dydx=116x2\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{\sqrt{16 - x^2}}
(3) dydx=1216+9x2\frac{dy}{dx} = \frac{12}{16 + 9x^2}
(4) dydx=2xx24\frac{dy}{dx} = \frac{-2}{x\sqrt{x^2 - 4}}
(5) dydx=π21x2(cos1x)2\frac{dy}{dx} = \frac{\pi}{2\sqrt{1 - x^2}(\cos^{-1}x)^2}
(6) dydx=12(1+x2)tan1x\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2(1 + x^2)\sqrt{\tan^{-1}x}}

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