次の関数の微分を求めます。 (1) $y = \log_a x \quad (a > 0)$ (2) $y = \sin(\frac{1}{x})$ (3) $y = (\arcsin x)(\arccos x)$ (4) $y = \arctan(\frac{x+2}{3})$ (5) $y = (\frac{x-2}{x^2+1})^3$ (6) $y = \sqrt{\frac{1+\sin x}{1-\sin x}}$ (7) $y = \log(x + \sqrt{x^2+1})$ (8) $y = \frac{1}{2}\{x\sqrt{x^2+1} + \log(x + \sqrt{x^2+1})\}$ (9) $y = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}$ (10) $y = \arcsin(\frac{1}{x})$ (11) $y = 2^x$ (12) $y = e^{x^2}$

解析学微分関数の微分
2025/7/27
はい、承知いたしました。与えられた数学の問題を解いていきます。

1. 問題の内容

次の関数の微分を求めます。
(1) y=logax(a>0)y = \log_a x \quad (a > 0)
(2) y=sin(1x)y = \sin(\frac{1}{x})
(3) y=(arcsinx)(arccosx)y = (\arcsin x)(\arccos x)
(4) y=arctan(x+23)y = \arctan(\frac{x+2}{3})
(5) y=(x2x2+1)3y = (\frac{x-2}{x^2+1})^3
(6) y=1+sinx1sinxy = \sqrt{\frac{1+\sin x}{1-\sin x}}
(7) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2+1})
(8) y=12{xx2+1+log(x+x2+1)}y = \frac{1}{2}\{x\sqrt{x^2+1} + \log(x + \sqrt{x^2+1})\}
(9) y=1x1+xy = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}
(10) y=arcsin(1x)y = \arcsin(\frac{1}{x})
(11) y=2xy = 2^x
(12) y=ex2y = e^{x^2}

2. 解き方の手順

(1) y=logaxy = \log_a x
dydx=1xlna\frac{dy}{dx} = \frac{1}{x \ln a}
(2) y=sin(1x)y = \sin(\frac{1}{x})
dydx=cos(1x)(1x2)=1x2cos(1x)\frac{dy}{dx} = \cos(\frac{1}{x}) \cdot (-\frac{1}{x^2}) = -\frac{1}{x^2}\cos(\frac{1}{x})
(3) y=(arcsinx)(arccosx)y = (\arcsin x)(\arccos x)
dydx=11x2arccosx+arcsinx(11x2)=arccosxarcsinx1x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} \arccos x + \arcsin x (-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}) = \frac{\arccos x - \arcsin x}{\sqrt{1-x^2}}
(4) y=arctan(x+23)y = \arctan(\frac{x+2}{3})
dydx=11+(x+23)213=1311+(x+2)29=1399+(x+2)2=39+(x+2)2=39+x2+4x+4=3x2+4x+13\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1+(\frac{x+2}{3})^2} \cdot \frac{1}{3} = \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{1+\frac{(x+2)^2}{9}} = \frac{1}{3} \cdot \frac{9}{9+(x+2)^2} = \frac{3}{9+(x+2)^2} = \frac{3}{9+x^2+4x+4} = \frac{3}{x^2+4x+13}
(5) y=(x2x2+1)3y = (\frac{x-2}{x^2+1})^3
dydx=3(x2x2+1)2(x2+1)(1)(x2)(2x)(x2+1)2=3(x2x2+1)2x2+12x2+4x(x2+1)2=3(x2x2+1)2x2+4x+1(x2+1)2=3(x2)2(x2+4x+1)(x2+1)4\frac{dy}{dx} = 3(\frac{x-2}{x^2+1})^2 \cdot \frac{(x^2+1)(1) - (x-2)(2x)}{(x^2+1)^2} = 3(\frac{x-2}{x^2+1})^2 \cdot \frac{x^2+1 - 2x^2 + 4x}{(x^2+1)^2} = 3(\frac{x-2}{x^2+1})^2 \cdot \frac{-x^2 + 4x + 1}{(x^2+1)^2} = \frac{3(x-2)^2(-x^2+4x+1)}{(x^2+1)^4}
(6) y=1+sinx1sinx=(1+sinx)(1+sinx)(1sinx)(1+sinx)=(1+sinx)21sin2x=(1+sinx)2cos2x=1+sinxcosxy = \sqrt{\frac{1+\sin x}{1-\sin x}} = \sqrt{\frac{(1+\sin x)(1+\sin x)}{(1-\sin x)(1+\sin x)}} = \sqrt{\frac{(1+\sin x)^2}{1-\sin^2 x}} = \sqrt{\frac{(1+\sin x)^2}{\cos^2 x}} = \frac{1+\sin x}{|\cos x|}
場合分けが必要ですが、ここでは cosx>0\cos x > 0 として計算を進めます。
y=1+sinxcosx=1cosx+sinxcosx=secx+tanxy = \frac{1+\sin x}{\cos x} = \frac{1}{\cos x} + \frac{\sin x}{\cos x} = \sec x + \tan x
dydx=secxtanx+sec2x=secx(tanx+secx)=1cosx(sinxcosx+1cosx)=1+sinxcos2x=1+sinx1sin2x=11sinx\frac{dy}{dx} = \sec x \tan x + \sec^2 x = \sec x(\tan x + \sec x) = \frac{1}{\cos x}(\frac{\sin x}{\cos x} + \frac{1}{\cos x}) = \frac{1+\sin x}{\cos^2 x} = \frac{1+\sin x}{1-\sin^2 x} = \frac{1}{1-\sin x}
cosx<0\cos x < 0 のときは y=1+sinxcosxy=-\frac{1+\sin x}{\cos x} となるため, dydx=11sinx\frac{dy}{dx}=-\frac{1}{1-\sin x}. よって, dydx=11sinx\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1-\sin x} if cosx>0\cos x >0 and dydx=11sinx\frac{dy}{dx} = -\frac{1}{1-\sin x} if cosx<0\cos x < 0.
(7) y=log(x+x2+1)y = \log(x + \sqrt{x^2+1})
dydx=1x+x2+1(1+12(x2+1)1/2(2x))=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)^{-1/2}(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}}
(8) y=12{xx2+1+log(x+x2+1)}y = \frac{1}{2}\{x\sqrt{x^2+1} + \log(x + \sqrt{x^2+1})\}
dydx=12{x2+1+x12(x2+1)1/2(2x)+1x+x2+1(1+xx2+1)}=12{x2+1+x2x2+1+1x2+1}=12{x2+1+x2+1x2+1}=2x2+22x2+1=x2+1x2+1=x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2}\{\sqrt{x^2+1} + x \cdot \frac{1}{2}(x^2+1)^{-1/2}(2x) + \frac{1}{x+\sqrt{x^2+1}}(1+\frac{x}{\sqrt{x^2+1}})\} = \frac{1}{2}\{\sqrt{x^2+1} + \frac{x^2}{\sqrt{x^2+1}} + \frac{1}{\sqrt{x^2+1}}\} = \frac{1}{2}\{\frac{x^2+1+x^2+1}{\sqrt{x^2+1}}\} = \frac{2x^2+2}{2\sqrt{x^2+1}} = \frac{x^2+1}{\sqrt{x^2+1}} = \sqrt{x^2+1}
(9) y=1x1+xy = \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}
dydx=12(1x1+x)1/2(1+x)(1)(1x)(1)(1+x)2=121+x1x1x1+x(1+x)2=121+x1x2(1+x)2=1+x1x1(1+x)2=1(1x)(1+x)3=1(1+x)1x2\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2}(\frac{1-x}{1+x})^{-1/2} \cdot \frac{(1+x)(-1) - (1-x)(1)}{(1+x)^2} = \frac{1}{2}\sqrt{\frac{1+x}{1-x}} \cdot \frac{-1-x-1+x}{(1+x)^2} = \frac{1}{2}\sqrt{\frac{1+x}{1-x}} \cdot \frac{-2}{(1+x)^2} = -\sqrt{\frac{1+x}{1-x}} \cdot \frac{1}{(1+x)^2} = -\frac{1}{\sqrt{(1-x)(1+x)^3}} = -\frac{1}{(1+x)\sqrt{1-x^2}}
(10) y=arcsin(1x)y = \arcsin(\frac{1}{x})
dydx=11(1x)2(1x2)=111x2(1x2)=1x21x2(1x2)=xx21(1x2)=xx2x21\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{1-(\frac{1}{x})^2}} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = \frac{1}{\sqrt{1-\frac{1}{x^2}}} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = \frac{1}{\sqrt{\frac{x^2-1}{x^2}}} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = \frac{|x|}{\sqrt{x^2-1}} \cdot (-\frac{1}{x^2}) = -\frac{|x|}{x^2\sqrt{x^2-1}}
(11) y=2xy = 2^x
dydx=2xln2\frac{dy}{dx} = 2^x \ln 2
(12) y=ex2y = e^{x^2}
dydx=ex22x=2xex2\frac{dy}{dx} = e^{x^2} \cdot 2x = 2xe^{x^2}

3. 最終的な答え

(1) dydx=1xlna\frac{dy}{dx} = \frac{1}{x \ln a}
(2) dydx=1x2cos(1x)\frac{dy}{dx} = -\frac{1}{x^2}\cos(\frac{1}{x})
(3) dydx=arccosxarcsinx1x2\frac{dy}{dx} = \frac{\arccos x - \arcsin x}{\sqrt{1-x^2}}
(4) dydx=3x2+4x+13\frac{dy}{dx} = \frac{3}{x^2+4x+13}
(5) dydx=3(x2)2(x2+4x+1)(x2+1)4\frac{dy}{dx} = \frac{3(x-2)^2(-x^2+4x+1)}{(x^2+1)^4}
(6) dydx=11sinx\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1-\sin x}, if cosx>0\cos x > 0, otherwise dydx=11sinx\frac{dy}{dx} = -\frac{1}{1-\sin x}
(7) dydx=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{x^2+1}}
(8) dydx=x2+1\frac{dy}{dx} = \sqrt{x^2+1}
(9) dydx=1(1+x)1x2\frac{dy}{dx} = -\frac{1}{(1+x)\sqrt{1-x^2}}
(10) dydx=xx2x21\frac{dy}{dx} = -\frac{|x|}{x^2\sqrt{x^2-1}}
(11) dydx=2xln2\frac{dy}{dx} = 2^x \ln 2
(12) dydx=2xex2\frac{dy}{dx} = 2xe^{x^2}

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## 問題の解答

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