以下の関数の2次導関数 $y^{(2)}$ を求めよ。 (1) $y = x^4 + 3x^2 + 2x + 7$ (2) $y = (x^3 + 1)^2$ (3) $y = \sqrt{x+1}$ (4) $y = \sqrt[3]{x^2 + 3}$ (5) $y = \frac{1}{x^2 + 1}$ (6) $y = \frac{x}{x^2 + 1}$

解析学微分導関数2次導関数
2025/6/3
はい、承知いたしました。画像にある6つの関数の2次導関数を求めます。

1. 問題の内容

以下の関数の2次導関数 y(2)y^{(2)} を求めよ。
(1) y=x4+3x2+2x+7y = x^4 + 3x^2 + 2x + 7
(2) y=(x3+1)2y = (x^3 + 1)^2
(3) y=x+1y = \sqrt{x+1}
(4) y=x2+33y = \sqrt[3]{x^2 + 3}
(5) y=1x2+1y = \frac{1}{x^2 + 1}
(6) y=xx2+1y = \frac{x}{x^2 + 1}

2. 解き方の手順

各関数について、まず1次導関数 yy' を求め、次にその導関数 yy' を微分して2次導関数 y(2)y^{(2)} を求めます。
(1) y=x4+3x2+2x+7y = x^4 + 3x^2 + 2x + 7
y=4x3+6x+2y' = 4x^3 + 6x + 2
y=12x2+6y'' = 12x^2 + 6
(2) y=(x3+1)2=x6+2x3+1y = (x^3 + 1)^2 = x^6 + 2x^3 + 1
y=6x5+6x2y' = 6x^5 + 6x^2
y=30x4+12xy'' = 30x^4 + 12x
(3) y=x+1=(x+1)12y = \sqrt{x+1} = (x+1)^{\frac{1}{2}}
y=12(x+1)12y' = \frac{1}{2}(x+1)^{-\frac{1}{2}}
y=14(x+1)32=14(x+1)3y'' = -\frac{1}{4}(x+1)^{-\frac{3}{2}} = -\frac{1}{4\sqrt{(x+1)^3}}
(4) y=x2+33=(x2+3)13y = \sqrt[3]{x^2 + 3} = (x^2 + 3)^{\frac{1}{3}}
y=13(x2+3)232x=2x3(x2+3)23y' = \frac{1}{3}(x^2+3)^{-\frac{2}{3}} \cdot 2x = \frac{2x}{3(x^2+3)^{\frac{2}{3}}}
y=23(x2+3)23x23(x2+3)132x(x2+3)43=23(x2+3)43x2(x2+3)53=233x2+94x23(x2+3)53=2(9x2)9(x2+3)53y'' = \frac{2}{3} \cdot \frac{(x^2+3)^{\frac{2}{3}} - x \cdot \frac{2}{3}(x^2+3)^{-\frac{1}{3}} \cdot 2x}{(x^2+3)^{\frac{4}{3}}} = \frac{2}{3} \cdot \frac{(x^2+3) - \frac{4}{3}x^2}{(x^2+3)^{\frac{5}{3}}} = \frac{2}{3} \cdot \frac{3x^2 + 9 - 4x^2}{3(x^2+3)^{\frac{5}{3}}} = \frac{2(9-x^2)}{9(x^2+3)^{\frac{5}{3}}}
(5) y=1x2+1=(x2+1)1y = \frac{1}{x^2 + 1} = (x^2 + 1)^{-1}
y=1(x2+1)22x=2x(x2+1)2y' = -1(x^2+1)^{-2} \cdot 2x = \frac{-2x}{(x^2+1)^2}
y=2(x2+1)2x2(x2+1)2x(x2+1)4=2(x2+1)4x2(x2+1)3=213x2(x2+1)3=6x22(x2+1)3y'' = -2 \cdot \frac{(x^2+1)^2 - x \cdot 2(x^2+1) \cdot 2x}{(x^2+1)^4} = -2 \cdot \frac{(x^2+1) - 4x^2}{(x^2+1)^3} = -2 \cdot \frac{1-3x^2}{(x^2+1)^3} = \frac{6x^2 - 2}{(x^2+1)^3}
(6) y=xx2+1y = \frac{x}{x^2 + 1}
y=(x2+1)x2x(x2+1)2=1x2(x2+1)2y' = \frac{(x^2+1) - x \cdot 2x}{(x^2+1)^2} = \frac{1 - x^2}{(x^2+1)^2}
y=2x(x2+1)2(1x2)2(x2+1)2x(x2+1)4=2x(x2+1)4x(1x2)(x2+1)3=2x32x4x+4x3(x2+1)3=2x36x(x2+1)3y'' = \frac{-2x(x^2+1)^2 - (1-x^2) \cdot 2(x^2+1) \cdot 2x}{(x^2+1)^4} = \frac{-2x(x^2+1) - 4x(1-x^2)}{(x^2+1)^3} = \frac{-2x^3 - 2x - 4x + 4x^3}{(x^2+1)^3} = \frac{2x^3 - 6x}{(x^2+1)^3}

3. 最終的な答え

(1) y=12x2+6y'' = 12x^2 + 6
(2) y=30x4+12xy'' = 30x^4 + 12x
(3) y=14(x+1)3y'' = -\frac{1}{4\sqrt{(x+1)^3}}
(4) y=2(9x2)9(x2+3)53y'' = \frac{2(9-x^2)}{9(x^2+3)^{\frac{5}{3}}}
(5) y=6x22(x2+1)3y'' = \frac{6x^2 - 2}{(x^2+1)^3}
(6) y=2x36x(x2+1)3y'' = \frac{2x^3 - 6x}{(x^2+1)^3}

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