与えられた6つの逆三角関数または逆三角関数を含む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合成関数の微分
2025/7/8

1. 問題の内容

与えられた6つの逆三角関数または逆三角関数を含む関数を微分する問題です。
(1) y=sin14xy = \sin^{-1} 4x
(2) y=cos1x4y = \cos^{-1} \frac{x}{4}
(3) y=tan134xy = \tan^{-1} \frac{3}{4}x
(4) y=sin12x(x2)y = \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=sin14xy = \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=cos1x4y = \cos^{-1} \frac{x}{4}
dydx=11(x4)214=141x216=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}{\sqrt{16 - x^2}}
(3) y=tan134xy = \tan^{-1} \frac{3}{4}x
dydx=11+(34x)234=34(1+916x2)=34+94x2=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{9}{4}x^2} = \frac{12}{16 + 9x^2}
(4) y=sin12xy = \sin^{-1} \frac{2}{x}
dydx=11(2x)2(2x2)=2x214x2=2x2x24x2=2x2x24x=2xx24\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\sqrt{x^2 - 4}} (x2x \ge 2より、x=x|x|=x)
(5) y=sin1xcos1xy = \frac{\sin^{-1} x}{\cos^{-1} x}
dydx=11x2cos1xsin1x(11x2)(cos1x)2=11x2(cos1x+sin1x)(cos1x)2=cos1x+sin1x1x2(cos1x)2\frac{dy}{dx} = \frac{\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}\cos^{-1} x - \sin^{-1} x (-\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}})}{(\cos^{-1} x)^2} = \frac{\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}(\cos^{-1} x + \sin^{-1} x)}{(\cos^{-1} x)^2} = \frac{\cos^{-1} x + \sin^{-1} x}{\sqrt{1 - x^2}(\cos^{-1} x)^2}
ここで、sin1x+cos1x=π2\sin^{-1} x + \cos^{-1} x = \frac{\pi}{2}より、
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) 4116x2\frac{4}{\sqrt{1 - 16x^2}}
(2) 116x2\frac{-1}{\sqrt{16 - x^2}}
(3) 1216+9x2\frac{12}{16 + 9x^2}
(4) 2xx24\frac{-2}{x\sqrt{x^2 - 4}}
(5) π21x2(cos1x)2\frac{\pi}{2\sqrt{1 - x^2}(\cos^{-1} x)^2}
(6) 12(1+x2)tan1x\frac{1}{2(1 + x^2)\sqrt{\tan^{-1} x}}

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