関数 $f(x) = \sqrt{2x+1}$ の $x=1$ における微分係数を、微分係数の定義に従って求める問題です。

解析学微分係数関数の微分極限有理化
2025/7/25

1. 問題の内容

関数 f(x)=2x+1f(x) = \sqrt{2x+1}x=1x=1 における微分係数を、微分係数の定義に従って求める問題です。

2. 解き方の手順

微分係数の定義は以下の通りです。
f(a)=limh0f(a+h)f(a)hf'(a) = \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h}
この問題では、a=1a=1 なので、f(1)f'(1) を求めることになります。
まず、f(1)f(1) を計算します。
f(1)=2(1)+1=3f(1) = \sqrt{2(1)+1} = \sqrt{3}
次に、f(1+h)f(1+h) を計算します。
f(1+h)=2(1+h)+1=2+2h+1=2h+3f(1+h) = \sqrt{2(1+h)+1} = \sqrt{2+2h+1} = \sqrt{2h+3}
微分係数の定義に従って、以下の式を計算します。
f(1)=limh0f(1+h)f(1)h=limh02h+33hf'(1) = \lim_{h \to 0} \frac{f(1+h) - f(1)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{\sqrt{2h+3} - \sqrt{3}}{h}
この極限を計算するために、分子を有理化します。
2h+33h=(2h+33)(2h+3+3)h(2h+3+3)=(2h+3)3h(2h+3+3)=2hh(2h+3+3)\frac{\sqrt{2h+3} - \sqrt{3}}{h} = \frac{(\sqrt{2h+3} - \sqrt{3})(\sqrt{2h+3} + \sqrt{3})}{h(\sqrt{2h+3} + \sqrt{3})} = \frac{(2h+3) - 3}{h(\sqrt{2h+3} + \sqrt{3})} = \frac{2h}{h(\sqrt{2h+3} + \sqrt{3})}
h0h \neq 0 であるから、 hh で約分できます。
2hh(2h+3+3)=22h+3+3\frac{2h}{h(\sqrt{2h+3} + \sqrt{3})} = \frac{2}{\sqrt{2h+3} + \sqrt{3}}
したがって、
f(1)=limh022h+3+3=22(0)+3+3=23+3=223=13f'(1) = \lim_{h \to 0} \frac{2}{\sqrt{2h+3} + \sqrt{3}} = \frac{2}{\sqrt{2(0)+3} + \sqrt{3}} = \frac{2}{\sqrt{3} + \sqrt{3}} = \frac{2}{2\sqrt{3}} = \frac{1}{\sqrt{3}}
最後に、分母を有理化します。
13=33\frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}

3. 最終的な答え

33\frac{\sqrt{3}}{3}

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