次の関数を微分せよ。 (1) $y = (1 + \log x)^2$ (2) $y = \log(x^3 - 3x + 5)$ (3) $y = \log(\sin^2 x)$ (4) $y = \log(\log x)$ (5) $y = \log(x + \sqrt{x^2 + 1})$

解析学微分対数関数合成関数導関数
2025/7/22

1. 問題の内容

次の関数を微分せよ。
(1) y=(1+logx)2y = (1 + \log x)^2
(2) y=log(x33x+5)y = \log(x^3 - 3x + 5)
(3) y=log(sin2x)y = \log(\sin^2 x)
(4) y=log(logx)y = \log(\log x)
(5) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2 + 1})

2. 解き方の手順

(1) y=(1+logx)2y = (1 + \log x)^2
合成関数の微分を用いる。u=1+logxu = 1 + \log x とおくと、y=u2y = u^2
dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
dydu=2u=2(1+logx)\frac{dy}{du} = 2u = 2(1 + \log x)
dudx=1x\frac{du}{dx} = \frac{1}{x}
dydx=2(1+logx)1x=2(1+logx)x\frac{dy}{dx} = 2(1 + \log x) \cdot \frac{1}{x} = \frac{2(1 + \log x)}{x}
(2) y=log(x33x+5)y = \log(x^3 - 3x + 5)
合成関数の微分を用いる。u=x33x+5u = x^3 - 3x + 5 とおくと、y=loguy = \log u
dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
dydu=1u=1x33x+5\frac{dy}{du} = \frac{1}{u} = \frac{1}{x^3 - 3x + 5}
dudx=3x23\frac{du}{dx} = 3x^2 - 3
dydx=1x33x+5(3x23)=3x23x33x+5\frac{dy}{dx} = \frac{1}{x^3 - 3x + 5} \cdot (3x^2 - 3) = \frac{3x^2 - 3}{x^3 - 3x + 5}
(3) y=log(sin2x)y = \log(\sin^2 x)
y=log(sin2x)=log((sinx)2)=2log(sinx)y = \log(\sin^2 x) = \log((\sin x)^2) = 2\log(\sin x)
u=sinxu = \sin x とおくと、y=2loguy = 2\log u
dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
dydu=2u=2sinx\frac{dy}{du} = \frac{2}{u} = \frac{2}{\sin x}
dudx=cosx\frac{du}{dx} = \cos x
dydx=2sinxcosx=2cosxsinx=2cotx\frac{dy}{dx} = \frac{2}{\sin x} \cdot \cos x = \frac{2\cos x}{\sin x} = 2\cot x
(4) y=log(logx)y = \log(\log x)
u=logxu = \log x とおくと、y=loguy = \log u
dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
dydu=1u=1logx\frac{dy}{du} = \frac{1}{u} = \frac{1}{\log x}
dudx=1x\frac{du}{dx} = \frac{1}{x}
dydx=1logx1x=1xlogx\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\log x} \cdot \frac{1}{x} = \frac{1}{x\log x}
(5) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2 + 1})
u=x+x2+1u = x + \sqrt{x^2 + 1} とおくと、y=loguy = \log u
dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx}
dydu=1u=1x+x2+1\frac{dy}{du} = \frac{1}{u} = \frac{1}{x + \sqrt{x^2 + 1}}
dudx=1+12x2+12x=1+xx2+1=x2+1+xx2+1\frac{du}{dx} = 1 + \frac{1}{2\sqrt{x^2 + 1}} \cdot 2x = 1 + \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}} = \frac{\sqrt{x^2 + 1} + x}{\sqrt{x^2 + 1}}
dydx=1x+x2+1x+x2+1x2+1=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{x + \sqrt{x^2 + 1}} \cdot \frac{x + \sqrt{x^2 + 1}}{\sqrt{x^2 + 1}} = \frac{1}{\sqrt{x^2 + 1}}

3. 最終的な答え

(1) 2(1+logx)x\frac{2(1 + \log x)}{x}
(2) 3x23x33x+5\frac{3x^2 - 3}{x^3 - 3x + 5}
(3) 2cotx2\cot x
(4) 1xlogx\frac{1}{x\log x}
(5) 1x2+1\frac{1}{\sqrt{x^2 + 1}}

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