与えられた関数 $y = \log(\sqrt{x^2 + 1} + x)$ の微分 $dy/dx$ を求める問題です。ここで $\log$ は自然対数(底が $e$)を表すものとします。

解析学微分合成関数の微分対数関数連鎖律
2025/5/2

1. 問題の内容

与えられた関数 y=log(x2+1+x)y = \log(\sqrt{x^2 + 1} + x) の微分 dy/dxdy/dx を求める問題です。ここで log\log は自然対数(底が ee)を表すものとします。

2. 解き方の手順

まず、合成関数の微分法(連鎖律)を適用します。
y=log(u)y = \log(u) とおくと、dydx=dydududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx} となります。
ここで、 u=x2+1+xu = \sqrt{x^2 + 1} + x です。
まず、dydu\frac{dy}{du} を計算します。
y=log(u)y = \log(u) なので、dydu=1u\frac{dy}{du} = \frac{1}{u} です。
次に、dudx\frac{du}{dx} を計算します。
u=x2+1+xu = \sqrt{x^2 + 1} + xxx で微分すると、
dudx=ddx(x2+1)+ddx(x)\frac{du}{dx} = \frac{d}{dx}(\sqrt{x^2 + 1}) + \frac{d}{dx}(x) となります。
ddx(x)=1\frac{d}{dx}(x) = 1 なので、ddx(x2+1)\frac{d}{dx}(\sqrt{x^2 + 1}) を計算します。
v=x2+1v = x^2 + 1 とおくと、x2+1=v12\sqrt{x^2 + 1} = v^{\frac{1}{2}} となります。
連鎖律により、ddx(v12)=12v12dvdx\frac{d}{dx}(v^{\frac{1}{2}}) = \frac{1}{2} v^{-\frac{1}{2}} \cdot \frac{dv}{dx} となります。
dvdx=2x\frac{dv}{dx} = 2x なので、
ddx(x2+1)=12(x2+1)122x=xx2+1\frac{d}{dx}(\sqrt{x^2 + 1}) = \frac{1}{2} (x^2 + 1)^{-\frac{1}{2}} \cdot 2x = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}} となります。
したがって、dudx=xx2+1+1=x+x2+1x2+1\frac{du}{dx} = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 1}} + 1 = \frac{x + \sqrt{x^2 + 1}}{\sqrt{x^2 + 1}} となります。
dydx=dydududx=1ududx\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx} = \frac{1}{u} \cdot \frac{du}{dx} なので、
dydx=1x2+1+xx+x2+1x2+1=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{x^2 + 1} + x} \cdot \frac{x + \sqrt{x^2 + 1}}{\sqrt{x^2 + 1}} = \frac{1}{\sqrt{x^2 + 1}} となります。

3. 最終的な答え

dydx=1x2+1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{x^2 + 1}}

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