次の6つの関数の導関数を求めよ。 (1) $y = x^x$ (2) $y = x^{\frac{1}{x}}$ (3) $y = (x+1)(x+2)(x+3)$ (4) $y = \log(x + \sqrt{x^2+1})$ (5) $y = a^{\log x}$ (6) $y = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}$

解析学導関数微分対数関数合成関数
2025/7/10
はい、承知いたしました。次の数学の問題を解きます。

1. 問題の内容

次の6つの関数の導関数を求めよ。
(1) y=xxy = x^x
(2) y=x1xy = x^{\frac{1}{x}}
(3) y=(x+1)(x+2)(x+3)y = (x+1)(x+2)(x+3)
(4) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2+1})
(5) y=alogxy = a^{\log x}
(6) y=1x1+xy = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}

2. 解き方の手順

(1) y=xxy = x^x
両辺の自然対数を取ります。
logy=logxx=xlogx\log y = \log x^x = x \log x
両辺を xx で微分します。
1ydydx=logx+x1x=logx+1\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = \log x + x \cdot \frac{1}{x} = \log x + 1
dydx=y(logx+1)=xx(logx+1)\frac{dy}{dx} = y (\log x + 1) = x^x (\log x + 1)
(2) y=x1xy = x^{\frac{1}{x}}
両辺の自然対数を取ります。
logy=logx1x=1xlogx\log y = \log x^{\frac{1}{x}} = \frac{1}{x} \log x
両辺を xx で微分します。
1ydydx=1x2logx+1x1x=1x2(1logx)\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = -\frac{1}{x^2} \log x + \frac{1}{x} \cdot \frac{1}{x} = \frac{1}{x^2} (1 - \log x)
dydx=y1x2(1logx)=x1x1x2(1logx)\frac{dy}{dx} = y \frac{1}{x^2} (1 - \log x) = x^{\frac{1}{x}} \frac{1}{x^2} (1 - \log x)
(3) y=(x+1)(x+2)(x+3)y = (x+1)(x+2)(x+3)
y=(x2+3x+2)(x+3)=x3+3x2+3x2+9x+2x+6=x3+6x2+11x+6y = (x^2 + 3x + 2)(x+3) = x^3 + 3x^2 + 3x^2 + 9x + 2x + 6 = x^3 + 6x^2 + 11x + 6
dydx=3x2+12x+11\frac{dy}{dx} = 3x^2 + 12x + 11
(4) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2+1})
dydx=1x+x2+1(1+12(x2+1)122x)=1x+x2+1(1+xx2+1)=1x+x2+1x2+1+xx2+1=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{x + \sqrt{x^2+1}} \cdot (1 + \frac{1}{2} (x^2+1)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2x) = \frac{1}{x + \sqrt{x^2+1}} \cdot (1 + \frac{x}{\sqrt{x^2+1}}) = \frac{1}{x + \sqrt{x^2+1}} \cdot \frac{\sqrt{x^2+1} + x}{\sqrt{x^2+1}} = \frac{1}{\sqrt{x^2+1}}
(5) y=alogxy = a^{\log x}
dydx=alogxloga1x=alogxlogax\frac{dy}{dx} = a^{\log x} \cdot \log a \cdot \frac{1}{x} = \frac{a^{\log x} \log a}{x}
(6) y=1x1+xy = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}
y=(1x1+x)12y = (\frac{1-x}{1+x})^{\frac{1}{2}}
logy=12log(1x1+x)=12(log(1x)log(1+x))\log y = \frac{1}{2} \log (\frac{1-x}{1+x}) = \frac{1}{2} (\log(1-x) - \log(1+x))
1ydydx=12(11x11+x)=12(1x(1x)(1x)(1+x))=1221x2=11x2\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = \frac{1}{2} (\frac{-1}{1-x} - \frac{1}{1+x}) = \frac{1}{2} (\frac{-1-x - (1-x)}{(1-x)(1+x)}) = \frac{1}{2} \frac{-2}{1-x^2} = \frac{-1}{1-x^2}
dydx=y11x2=1x1+x11x2=1x1+x1(1x)(1+x)=11x1+x1x1x1+x1+x=1(1x)1+x(1+x)1x=1(1x2)1x1+x\frac{dy}{dx} = y \frac{-1}{1-x^2} = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}} \frac{-1}{1-x^2} = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}} \frac{-1}{(1-x)(1+x)} = \frac{-1}{\sqrt{1-x} \sqrt{1+x} \sqrt{1-x} \sqrt{1-x} \sqrt{1+x} \sqrt{1+x}} = \frac{-1}{(1-x)\sqrt{1+x} (1+x) \sqrt{1-x}} = \frac{-1}{(1-x^2) \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}}
dydx=1+x1x11x2=1(1x2)1+x1x\frac{dy}{dx} = \sqrt{\frac{1+x}{1-x}} \frac{-1}{1-x^2} = \frac{-1}{(1-x^2)} \sqrt{\frac{1+x}{1-x}}
別の方法:
y2=1x1+xy^2 = \frac{1-x}{1+x}
2ydydx=(1)(1+x)(1x)(1)(1+x)2=1x1+x(1+x)2=2(1+x)22y \frac{dy}{dx} = \frac{(-1)(1+x) - (1-x)(1)}{(1+x)^2} = \frac{-1-x-1+x}{(1+x)^2} = \frac{-2}{(1+x)^2}
dydx=1y(1+x)2=1(1+x)21+x1x=1(1+x)(1+x)(1x)=1(1+x)1x2\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{y (1+x)^2} = \frac{-1}{(1+x)^2} \sqrt{\frac{1+x}{1-x}} = \frac{-1}{(1+x) \sqrt{(1+x)(1-x)}} = \frac{-1}{(1+x)\sqrt{1-x^2}}

3. 最終的な答え

(1) dydx=xx(logx+1)\frac{dy}{dx} = x^x (\log x + 1)
(2) dydx=x1x1x2(1logx)\frac{dy}{dx} = x^{\frac{1}{x}} \frac{1}{x^2} (1 - \log x)
(3) dydx=3x2+12x+11\frac{dy}{dx} = 3x^2 + 12x + 11
(4) dydx=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{x^2+1}}
(5) dydx=alogxlogax\frac{dy}{dx} = \frac{a^{\log x} \log a}{x}
(6) dydx=1(1+x)1x2\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{(1+x)\sqrt{1-x^2}}

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