問2.21の(1),(2),(3),(4)と問2.22の(1),(2),(3),(4)の関数の導関数をそれぞれ求めます。

解析学導関数微分対数微分
2025/6/5

1. 問題の内容

問2.21の(1),(2),(3),(4)と問2.22の(1),(2),(3),(4)の関数の導関数をそれぞれ求めます。

2. 解き方の手順

問2.21
(1) y=x47y = x^{-\frac{4}{7}}
y=47x471=47x117y' = -\frac{4}{7}x^{-\frac{4}{7} - 1} = -\frac{4}{7}x^{-\frac{11}{7}}
(2) y=x2y = x^{\sqrt{2}}
y=2x21y' = \sqrt{2}x^{\sqrt{2} - 1}
(3) y=4x23+2=4x23+2y = 4\sqrt[3]{x^2} + 2 = 4x^{\frac{2}{3}} + 2
y=423x231=83x13=83x3y' = 4 \cdot \frac{2}{3}x^{\frac{2}{3} - 1} = \frac{8}{3}x^{-\frac{1}{3}} = \frac{8}{3\sqrt[3]{x}}
(4) y=5x2x35+3=5x2x35+3=5x135+3y = 5x^2\sqrt[5]{x^3} + 3 = 5x^2 x^{\frac{3}{5}} + 3 = 5x^{\frac{13}{5}} + 3
y=5135x1351=13x85=13x85y' = 5 \cdot \frac{13}{5}x^{\frac{13}{5} - 1} = 13x^{\frac{8}{5}} = 13\sqrt[5]{x^8}
問2.22
(1) y=xxy = x^x (x>0x > 0)
両辺の自然対数をとると lny=ln(xx)=xlnx\ln y = \ln(x^x) = x \ln x
両辺を xx で微分すると
1ydydx=lnx+x1x=lnx+1\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = \ln x + x \cdot \frac{1}{x} = \ln x + 1
dydx=y(lnx+1)=xx(lnx+1)\frac{dy}{dx} = y(\ln x + 1) = x^x(\ln x + 1)
(2) y=xcosxy = x^{\cos x} (x>0x > 0)
両辺の自然対数をとると lny=cosxlnx\ln y = \cos x \ln x
両辺を xx で微分すると
1ydydx=sinxlnx+cosx1x=sinxlnx+cosxx\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = -\sin x \ln x + \cos x \cdot \frac{1}{x} = -\sin x \ln x + \frac{\cos x}{x}
dydx=y(sinxlnx+cosxx)=xcosx(sinxlnx+cosxx)\frac{dy}{dx} = y \left(-\sin x \ln x + \frac{\cos x}{x} \right) = x^{\cos x} \left(-\sin x \ln x + \frac{\cos x}{x} \right)
(3) y=(logx)xy = (\log x)^x (x>1x > 1)
両辺の自然対数をとると lny=xln(logx)\ln y = x \ln(\log x)
両辺を xx で微分すると
1ydydx=ln(logx)+x1logx1x=ln(logx)+1logx\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = \ln(\log x) + x \cdot \frac{1}{\log x} \cdot \frac{1}{x} = \ln(\log x) + \frac{1}{\log x}
dydx=y(ln(logx)+1logx)=(logx)x(ln(logx)+1logx)\frac{dy}{dx} = y\left( \ln(\log x) + \frac{1}{\log x} \right) = (\log x)^x\left( \ln(\log x) + \frac{1}{\log x} \right)
(4) y=(x+1)2(x+2)3(x+3)4y = \frac{(x+1)^2}{(x+2)^3(x+3)^4}
両辺の自然対数をとると
lny=ln((x+1)2)ln((x+2)3)ln((x+3)4)\ln y = \ln((x+1)^2) - \ln((x+2)^3) - \ln((x+3)^4)
lny=2ln(x+1)3ln(x+2)4ln(x+3)\ln y = 2\ln(x+1) - 3\ln(x+2) - 4\ln(x+3)
両辺を xx で微分すると
1ydydx=2x+13x+24x+3\frac{1}{y} \frac{dy}{dx} = \frac{2}{x+1} - \frac{3}{x+2} - \frac{4}{x+3}
dydx=y(2x+13x+24x+3)=(x+1)2(x+2)3(x+3)4(2x+13x+24x+3)\frac{dy}{dx} = y \left( \frac{2}{x+1} - \frac{3}{x+2} - \frac{4}{x+3} \right) = \frac{(x+1)^2}{(x+2)^3(x+3)^4} \left( \frac{2}{x+1} - \frac{3}{x+2} - \frac{4}{x+3} \right)

3. 最終的な答え

問2.21
(1) y=47x117y' = -\frac{4}{7}x^{-\frac{11}{7}}
(2) y=2x21y' = \sqrt{2}x^{\sqrt{2} - 1}
(3) y=83x3y' = \frac{8}{3\sqrt[3]{x}}
(4) y=13x85y' = 13x^{\frac{8}{5}}
問2.22
(1) y=xx(lnx+1)y' = x^x(\ln x + 1)
(2) y=xcosx(sinxlnx+cosxx)y' = x^{\cos x} \left(-\sin x \ln x + \frac{\cos x}{x} \right)
(3) y=(logx)x(ln(logx)+1logx)y' = (\log x)^x\left( \ln(\log x) + \frac{1}{\log x} \right)
(4) y=(x+1)2(x+2)3(x+3)4(2x+13x+24x+3)y' = \frac{(x+1)^2}{(x+2)^3(x+3)^4} \left( \frac{2}{x+1} - \frac{3}{x+2} - \frac{4}{x+3} \right)

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