次の関数を微分せよ。 (1) $y = \sin^2 3x$ (2) $y = 2\sin x \cos x (1 - 2\sin^2 x)$ (3) $y = \sin^3 x \cos^3 x$ (4) $y = (\sin x + \cos x)^2$ (5) $y = \frac{1}{\sin x}$ (6) $y = \frac{1}{\tan 2x}$ (7) $y = \frac{\sin x}{1 + \cos x}$

解析学微分三角関数
2025/7/10

1. 問題の内容

次の関数を微分せよ。
(1) y=sin23xy = \sin^2 3x
(2) y=2sinxcosx(12sin2x)y = 2\sin x \cos x (1 - 2\sin^2 x)
(3) y=sin3xcos3xy = \sin^3 x \cos^3 x
(4) y=(sinx+cosx)2y = (\sin x + \cos x)^2
(5) y=1sinxy = \frac{1}{\sin x}
(6) y=1tan2xy = \frac{1}{\tan 2x}
(7) y=sinx1+cosxy = \frac{\sin x}{1 + \cos x}

2. 解き方の手順

(1) y=sin23xy = \sin^2 3x
連鎖律を用いて微分する。
dydx=2sin3x(sin3x)=2sin3xcos3x(3x)=2sin3xcos3x3=6sin3xcos3x=3sin6x\frac{dy}{dx} = 2\sin 3x \cdot (\sin 3x)' = 2\sin 3x \cdot \cos 3x \cdot (3x)' = 2\sin 3x \cos 3x \cdot 3 = 6\sin 3x \cos 3x = 3\sin 6x
(2) y=2sinxcosx(12sin2x)y = 2\sin x \cos x (1 - 2\sin^2 x)
三角関数の恒等式を用いる。2sinxcosx=sin2x2\sin x \cos x = \sin 2x12sin2x=cos2x1 - 2\sin^2 x = \cos 2x
y=sin2xcos2x=12sin4xy = \sin 2x \cos 2x = \frac{1}{2} \sin 4x
dydx=12(sin4x)=12cos4x(4x)=12cos4x4=2cos4x\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2} (\sin 4x)' = \frac{1}{2} \cos 4x \cdot (4x)' = \frac{1}{2} \cos 4x \cdot 4 = 2\cos 4x
(3) y=sin3xcos3xy = \sin^3 x \cos^3 x
y=(sinxcosx)3=(12sin2x)3=18sin32xy = (\sin x \cos x)^3 = \left(\frac{1}{2} \sin 2x\right)^3 = \frac{1}{8} \sin^3 2x
dydx=183sin22x(sin2x)=38sin22xcos2x(2x)=38sin22xcos2x2=34sin22xcos2x\frac{dy}{dx} = \frac{1}{8} \cdot 3 \sin^2 2x \cdot (\sin 2x)' = \frac{3}{8} \sin^2 2x \cdot \cos 2x \cdot (2x)' = \frac{3}{8} \sin^2 2x \cdot \cos 2x \cdot 2 = \frac{3}{4} \sin^2 2x \cos 2x
(4) y=(sinx+cosx)2y = (\sin x + \cos x)^2
y=sin2x+2sinxcosx+cos2x=1+sin2xy = \sin^2 x + 2\sin x \cos x + \cos^2 x = 1 + \sin 2x
dydx=(1+sin2x)=0+cos2x(2x)=cos2x2=2cos2x\frac{dy}{dx} = (1 + \sin 2x)' = 0 + \cos 2x \cdot (2x)' = \cos 2x \cdot 2 = 2\cos 2x
(5) y=1sinx=cscxy = \frac{1}{\sin x} = \csc x
dydx=cscxcotx=cosxsin2x\frac{dy}{dx} = -\csc x \cot x = -\frac{\cos x}{\sin^2 x}
(6) y=1tan2x=cot2xy = \frac{1}{\tan 2x} = \cot 2x
dydx=csc22x(2x)=csc22x2=2csc22x=2sin22x\frac{dy}{dx} = -\csc^2 2x \cdot (2x)' = -\csc^2 2x \cdot 2 = -2\csc^2 2x = -\frac{2}{\sin^2 2x}
(7) y=sinx1+cosxy = \frac{\sin x}{1 + \cos x}
商の微分法を用いる。
dydx=(sinx)(1+cosx)sinx(1+cosx)(1+cosx)2=cosx(1+cosx)sinx(sinx)(1+cosx)2=cosx+cos2x+sin2x(1+cosx)2=cosx+1(1+cosx)2=11+cosx\frac{dy}{dx} = \frac{(\sin x)'(1+\cos x) - \sin x (1+\cos x)'}{(1+\cos x)^2} = \frac{\cos x (1+\cos x) - \sin x (-\sin x)}{(1+\cos x)^2} = \frac{\cos x + \cos^2 x + \sin^2 x}{(1+\cos x)^2} = \frac{\cos x + 1}{(1+\cos x)^2} = \frac{1}{1+\cos x}

3. 最終的な答え

(1) y=3sin6xy' = 3\sin 6x
(2) y=2cos4xy' = 2\cos 4x
(3) y=34sin22xcos2xy' = \frac{3}{4} \sin^2 2x \cos 2x
(4) y=2cos2xy' = 2\cos 2x
(5) y=cosxsin2xy' = -\frac{\cos x}{\sin^2 x}
(6) y=2sin22xy' = -\frac{2}{\sin^2 2x}
(7) y=11+cosxy' = \frac{1}{1+\cos x}

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