与えられた6つの関数を微分し、その答えを求めます。 (1) $y = \frac{2x}{x^2 + 1}$ (2) $y = \frac{1}{6}\sqrt{2x^2 + 1}$ (3) $y = \sqrt{\frac{2x+1}{x^2+1}}$ (4) $y = \frac{\sin x}{\sin^2 x + 1}$ (5) $y = \sin\{\cos(3x)\}$ (6) $y = \log\{\tan(x^2)\}$

解析学微分関数の微分合成関数の微分商の微分
2025/8/11

1. 問題の内容

与えられた6つの関数を微分し、その答えを求めます。
(1) y=2xx2+1y = \frac{2x}{x^2 + 1}
(2) y=162x2+1y = \frac{1}{6}\sqrt{2x^2 + 1}
(3) y=2x+1x2+1y = \sqrt{\frac{2x+1}{x^2+1}}
(4) y=sinxsin2x+1y = \frac{\sin x}{\sin^2 x + 1}
(5) y=sin{cos(3x)}y = \sin\{\cos(3x)\}
(6) y=log{tan(x2)}y = \log\{\tan(x^2)\}

2. 解き方の手順

(1) y=2xx2+1y = \frac{2x}{x^2 + 1}
商の微分公式 (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2} を用います。
u=2xu = 2x, v=x2+1v = x^2 + 1 とすると、u=2u' = 2, v=2xv' = 2x です。
よって、y=2(x2+1)2x(2x)(x2+1)2=2x2+24x2(x2+1)2=2x2+2(x2+1)2=2(1x2)(x2+1)2y' = \frac{2(x^2 + 1) - 2x(2x)}{(x^2 + 1)^2} = \frac{2x^2 + 2 - 4x^2}{(x^2 + 1)^2} = \frac{-2x^2 + 2}{(x^2 + 1)^2} = \frac{2(1-x^2)}{(x^2 + 1)^2}
(2) y=162x2+1y = \frac{1}{6}\sqrt{2x^2 + 1}
y=16(2x2+1)12y = \frac{1}{6}(2x^2 + 1)^{\frac{1}{2}} と書き換えます。
合成関数の微分公式を用いると、y=1612(2x2+1)12(4x)=4x122x2+1=x32x2+1y' = \frac{1}{6} \cdot \frac{1}{2} (2x^2 + 1)^{-\frac{1}{2}} \cdot (4x) = \frac{4x}{12\sqrt{2x^2 + 1}} = \frac{x}{3\sqrt{2x^2 + 1}}
(3) y=2x+1x2+1y = \sqrt{\frac{2x+1}{x^2+1}}
y=(2x+1x2+1)12y = \left(\frac{2x+1}{x^2+1}\right)^{\frac{1}{2}} と書き換えます。
合成関数の微分公式と商の微分公式を用いると、y=12(2x+1x2+1)122(x2+1)(2x+1)(2x)(x2+1)2=12x2+12x+12x2+24x22x(x2+1)2=12x2+12x+12x22x+2(x2+1)2=x2x+1(x2+1)2x2+12x+1=x2x+1(x2+1)3/22x+1y' = \frac{1}{2}\left(\frac{2x+1}{x^2+1}\right)^{-\frac{1}{2}} \cdot \frac{2(x^2+1) - (2x+1)(2x)}{(x^2+1)^2} = \frac{1}{2}\sqrt{\frac{x^2+1}{2x+1}} \cdot \frac{2x^2+2-4x^2-2x}{(x^2+1)^2} = \frac{1}{2}\sqrt{\frac{x^2+1}{2x+1}} \cdot \frac{-2x^2-2x+2}{(x^2+1)^2} = \frac{-x^2-x+1}{(x^2+1)^2}\sqrt{\frac{x^2+1}{2x+1}} = \frac{-x^2-x+1}{(x^2+1)^{3/2}\sqrt{2x+1}}
(4) y=sinxsin2x+1y = \frac{\sin x}{\sin^2 x + 1}
商の微分公式 (uv)=uvuvv2\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2} を用います。
u=sinxu = \sin x, v=sin2x+1v = \sin^2 x + 1 とすると、u=cosxu' = \cos x, v=2sinxcosxv' = 2\sin x \cos x です。
よって、y=cosx(sin2x+1)sinx(2sinxcosx)(sin2x+1)2=cosxsin2x+cosx2sin2xcosx(sin2x+1)2=cosxcosxsin2x(sin2x+1)2=cosx(1sin2x)(sin2x+1)2=cosxcos2x(sin2x+1)2=cos3x(sin2x+1)2y' = \frac{\cos x(\sin^2 x + 1) - \sin x(2\sin x \cos x)}{(\sin^2 x + 1)^2} = \frac{\cos x \sin^2 x + \cos x - 2\sin^2 x \cos x}{(\sin^2 x + 1)^2} = \frac{\cos x - \cos x \sin^2 x}{(\sin^2 x + 1)^2} = \frac{\cos x(1 - \sin^2 x)}{(\sin^2 x + 1)^2} = \frac{\cos x \cos^2 x}{(\sin^2 x + 1)^2} = \frac{\cos^3 x}{(\sin^2 x + 1)^2}
(5) y=sin{cos(3x)}y = \sin\{\cos(3x)\}
合成関数の微分公式を用いると、y=cos{cos(3x)}(sin(3x))3=3sin(3x)cos{cos(3x)}y' = \cos\{\cos(3x)\} \cdot (-\sin(3x)) \cdot 3 = -3\sin(3x)\cos\{\cos(3x)\}
(6) y=log{tan(x2)}y = \log\{\tan(x^2)\}
合成関数の微分公式を用いると、y=1tan(x2)1cos2(x2)2x=2xtan(x2)cos2(x2)=2xcos(x2)sin(x2)cos2(x2)=2xsin(x2)cos(x2)=4x2sin(x2)cos(x2)=4xsin(2x2)y' = \frac{1}{\tan(x^2)} \cdot \frac{1}{\cos^2(x^2)} \cdot 2x = \frac{2x}{\tan(x^2) \cos^2(x^2)} = \frac{2x \cos(x^2)}{\sin(x^2) \cos^2(x^2)} = \frac{2x}{\sin(x^2) \cos(x^2)} = \frac{4x}{2\sin(x^2)\cos(x^2)} = \frac{4x}{\sin(2x^2)}

3. 最終的な答え

(1) y=2(1x2)(x2+1)2y' = \frac{2(1-x^2)}{(x^2 + 1)^2}
(2) y=x32x2+1y' = \frac{x}{3\sqrt{2x^2 + 1}}
(3) y=x2x+1(x2+1)3/22x+1y' = \frac{-x^2-x+1}{(x^2+1)^{3/2}\sqrt{2x+1}}
(4) y=cos3x(sin2x+1)2y' = \frac{\cos^3 x}{(\sin^2 x + 1)^2}
(5) y=3sin(3x)cos{cos(3x)}y' = -3\sin(3x)\cos\{\cos(3x)\}
(6) y=4xsin(2x2)y' = \frac{4x}{\sin(2x^2)}

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