次の関数を微分する問題です。 (1) $y = \tan^{-1}\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}$ (2) $y = \log|\tan x + \sec x|$ (3) $y = \tan^{-1}(\cot x)$ (4) $y = (\tan^{-1}2x)^3$ (5) $y = \cos^{-1}\frac{1}{x}$ (6) $y = \sin^{-1}\frac{1}{x}$ (7) $y = \tan^{-1}(\frac{1}{\sqrt{2}}\tan\frac{x}{2})$ (8) $y = \sin^{-1}(2x)$ (9) $y = \cos^{-1}\sqrt{1-x^2}$

解析学微分逆三角関数合成関数の微分三角関数の微分
2025/5/23
はい、承知いたしました。

1. 問題の内容

次の関数を微分する問題です。
(1) y=tan1x12xy = \tan^{-1}\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}
(2) y=logtanx+secxy = \log|\tan x + \sec x|
(3) y=tan1(cotx)y = \tan^{-1}(\cot x)
(4) y=(tan12x)3y = (\tan^{-1}2x)^3
(5) y=cos11xy = \cos^{-1}\frac{1}{x}
(6) y=sin11xy = \sin^{-1}\frac{1}{x}
(7) y=tan1(12tanx2)y = \tan^{-1}(\frac{1}{\sqrt{2}}\tan\frac{x}{2})
(8) y=sin1(2x)y = \sin^{-1}(2x)
(9) y=cos11x2y = \cos^{-1}\sqrt{1-x^2}

2. 解き方の手順

各関数の微分を計算します。
(1) y=tan1x12xy = \tan^{-1}\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}
u=x12xu = \sqrt{\frac{x-1}{2-x}} と置くと、y=tan1uy = \tan^{-1}u
dydu=11+u2\frac{dy}{du} = \frac{1}{1+u^2}
u=x12x=(x12x)12u = \sqrt{\frac{x-1}{2-x}} = (\frac{x-1}{2-x})^{\frac{1}{2}}
dudx=12(x12x)12(2x)(x1)(1)(2x)2=122xx13(2x)2=321(x1)(2x)3\frac{du}{dx} = \frac{1}{2}(\frac{x-1}{2-x})^{-\frac{1}{2}} \frac{(2-x) - (x-1)(-1)}{(2-x)^2} = \frac{1}{2}\sqrt{\frac{2-x}{x-1}}\frac{3}{(2-x)^2} = \frac{3}{2}\frac{1}{\sqrt{(x-1)(2-x)^3}}
dydx=dydududx=11+x12x32(x1)(2x)3=2x2x+x132(x1)(2x)3=2x132(2x)(x1)(2x)=32(x1)(2x)\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du}\frac{du}{dx} = \frac{1}{1+\frac{x-1}{2-x}} \frac{3}{2\sqrt{(x-1)(2-x)^3}} = \frac{2-x}{2-x+x-1}\frac{3}{2\sqrt{(x-1)(2-x)^3}} = \frac{2-x}{1} \frac{3}{2(2-x)\sqrt{(x-1)(2-x)}} = \frac{3}{2\sqrt{(x-1)(2-x)}}
u2=x12xu^2 = \frac{x-1}{2-x}
dydu=11+u2=11+x12x=2x2x+x1=2x\frac{dy}{du} = \frac{1}{1+u^2} = \frac{1}{1 + \frac{x-1}{2-x}} = \frac{2-x}{2-x+x-1} = 2-x
dudx=12(x12x)121(2x)(x1)(1)(2x)2=122xx12x+x1(2x)2=122xx11(2x)2=12(x1)(2x)3\frac{du}{dx} = \frac{1}{2} (\frac{x-1}{2-x})^{-\frac{1}{2}}\frac{1 \cdot (2-x) - (x-1)(-1)}{(2-x)^2} = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{2-x}{x-1}} \frac{2-x + x - 1}{(2-x)^2} = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{2-x}{x-1}}\frac{1}{(2-x)^2} = \frac{1}{2\sqrt{(x-1)(2-x)^3}}
dydx=(2x)12(x1)(2x)3=12(x1)(2x)\frac{dy}{dx} = (2-x) \cdot \frac{1}{2\sqrt{(x-1)(2-x)^3}} = \frac{1}{2\sqrt{(x-1)(2-x)}}
(2) y=logtanx+secxy = \log|\tan x + \sec x|
dydx=sec2x+secxtanxtanx+secx=secx(secx+tanx)tanx+secx=secx\frac{dy}{dx} = \frac{\sec^2 x + \sec x \tan x}{\tan x + \sec x} = \frac{\sec x(\sec x + \tan x)}{\tan x + \sec x} = \sec x
(3) y=tan1(cotx)y = \tan^{-1}(\cot x)
dydx=11+cot2x(csc2x)=csc2xcsc2x=1\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1+\cot^2 x} (-\csc^2 x) = \frac{-\csc^2 x}{\csc^2 x} = -1
(4) y=(tan12x)3y = (\tan^{-1}2x)^3
dydx=3(tan12x)221+4x2=6(tan12x)21+4x2\frac{dy}{dx} = 3(\tan^{-1}2x)^2 \frac{2}{1+4x^2} = \frac{6(\tan^{-1}2x)^2}{1+4x^2}
(5) y=cos11xy = \cos^{-1}\frac{1}{x}
dydx=11(1x)2(1x2)=1x211x2=1x2x21x=xx2x21=1xx21\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{\sqrt{1 - (\frac{1}{x})^2}}(-\frac{1}{x^2}) = \frac{1}{x^2\sqrt{1-\frac{1}{x^2}}} = \frac{1}{x^2\frac{\sqrt{x^2-1}}{|x|}} = \frac{|x|}{x^2\sqrt{x^2-1}} = \frac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}}
(6) y=sin11xy = \sin^{-1}\frac{1}{x}
dydx=111x2(1x2)=1x2x21x2=1x2x21x=xx2x21=1xx21\frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{1}{x^2}}}(-\frac{1}{x^2}) = \frac{-1}{x^2\sqrt{\frac{x^2-1}{x^2}}} = \frac{-1}{x^2\frac{\sqrt{x^2-1}}{|x|}} = \frac{-|x|}{x^2\sqrt{x^2-1}} = \frac{-1}{|x|\sqrt{x^2-1}}
(7) y=tan1(12tanx2)y = \tan^{-1}(\frac{1}{\sqrt{2}}\tan\frac{x}{2})
dydx=11+12tan2x212sec2x212=1211+12tan2x212sec2x2=12sec2(x/2)2+tan2(x/2)=121/cos2(x/2)2+sin2(x/2)/cos2(x/2)=1212cos2(x/2)+sin2(x/2)=121cos2(x/2)+1=1222cosx+3\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + \frac{1}{2}\tan^2\frac{x}{2}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \sec^2\frac{x}{2}\cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{2}\frac{1}{1+\frac{1}{2}\tan^2\frac{x}{2}} \frac{1}{\sqrt{2}} \sec^2\frac{x}{2} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sec^2(x/2)}{2+ \tan^2(x/2)} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1/\cos^2(x/2)}{2+\sin^2(x/2)/\cos^2(x/2)} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1}{2\cos^2(x/2) + \sin^2(x/2)} = \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1}{\cos^2(x/2) + 1} = \frac{1}{2\sqrt{2}}\frac{2}{\cos x + 3}
1221cos2(x/2)1+tan2(x/2)/2=12222+tan2x2/cos2x2\frac{1}{2\sqrt{2}} \frac{\frac{1}{\cos^2(x/2)}}{1 + \tan^2(x/2)/2} = \frac{1}{2\sqrt{2}} \cdot \frac{2}{2+\tan^2\frac{x}{2}}/\cos^2\frac{x}{2}
(8) y=sin1(2x)y = \sin^{-1}(2x)
dydx=214x2\frac{dy}{dx} = \frac{2}{\sqrt{1-4x^2}}
(9) y=cos11x2y = \cos^{-1}\sqrt{1-x^2}
dydx=11(1x2)2x21x2=xx21x2=xx1x2\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{\sqrt{1-(1-x^2)}}\cdot \frac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}} = \frac{x}{\sqrt{x^2}\sqrt{1-x^2}} = \frac{x}{|x|\sqrt{1-x^2}}

3. 最終的な答え

(1) dydx=12(x1)(2x)\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2\sqrt{(x-1)(2-x)}}
(2) dydx=secx\frac{dy}{dx} = \sec x
(3) dydx=1\frac{dy}{dx} = -1
(4) dydx=6(tan12x)21+4x2\frac{dy}{dx} = \frac{6(\tan^{-1}2x)^2}{1+4x^2}
(5) dydx=1xx21\frac{dy}{dx} = \frac{1}{|x|\sqrt{x^2-1}}
(6) dydx=1xx21\frac{dy}{dx} = \frac{-1}{|x|\sqrt{x^2-1}}
(7) dydx=12213+cos(x)\frac{dy}{dx} = \frac{1}{2\sqrt{2}}\frac{1}{3+ \cos(x)}
(8) dydx=214x2\frac{dy}{dx} = \frac{2}{\sqrt{1-4x^2}}
(9) dydx=xx1x2\frac{dy}{dx} = \frac{x}{|x|\sqrt{1-x^2}}

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