関数 $f(x) = \frac{2}{x}$ と $g(x) = 3x^2 + 1$ が与えられたとき、合成関数 $(g \circ f)(x)$ と $(f \circ g)(x)$ をそれぞれ求める問題です。

1. 問題の内容

関数 $f(x) = \frac{2}{x}$ と $g(x) = 3x^2 + 1$ が与えられたとき、合成関数 $(g \circ f)(x)$ と $(f \circ g)(x)$ をそれぞれ求める問題です。

2. 解き方の手順

(1) $(g \circ f)(x)$ を求める。

これは $g(f(x))$ を意味します。つまり、$g(x)$ の $x$ に $f(x)$ を代入します。

$f(x) = \frac{2}{x}$ を $g(x) = 3x^2 + 1$ に代入すると、

$g(f(x)) = 3(\frac{2}{x})^2 + 1$

$= 3(\frac{4}{x^2}) + 1$

$= \frac{12}{x^2} + 1$

$= \frac{12 + x^2}{x^2}$

(2) $(f \circ g)(x)$ を求める。

これは $f(g(x))$ を意味します。つまり、$f(x)$ の $x$ に $g(x)$ を代入します。

$g(x) = 3x^2 + 1$ を $f(x) = \frac{2}{x}$ に代入すると、

$f(g(x)) = \frac{2}{3x^2 + 1}$

3. 最終的な答え

$(g \circ f)(x) = \frac{x^2 + 12}{x^2}$

$(f \circ g)(x) = \frac{2}{3x^2 + 1}$