与えられた12個の関数について、それぞれの導関数を求める問題です。

解析学導関数微分合成関数積の微分三角関数逆三角関数対数関数
2025/6/15
はい、承知しました。問題の導関数を求めます。

1. 問題の内容

与えられた12個の関数について、それぞれの導関数を求める問題です。

2. 解き方の手順

(1) y=(x2+1)5(x32)3y = (x^2+1)^5(x^3-2)^3
積の微分公式: (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv'を使う。
u=(x2+1)5u = (x^2+1)^5とすると、u=5(x2+1)4(2x)=10x(x2+1)4u' = 5(x^2+1)^4(2x) = 10x(x^2+1)^4
v=(x32)3v = (x^3-2)^3とすると、v=3(x32)2(3x2)=9x2(x32)2v' = 3(x^3-2)^2(3x^2) = 9x^2(x^3-2)^2
y=uv+uv=10x(x2+1)4(x32)3+(x2+1)59x2(x32)2y' = u'v + uv' = 10x(x^2+1)^4(x^3-2)^3 + (x^2+1)^5 \cdot 9x^2(x^3-2)^2
=x(x2+1)4(x32)2[10(x32)+9x(x2+1)]=x(x2+1)4(x32)2[19x3+9x20]= x(x^2+1)^4(x^3-2)^2[10(x^3-2) + 9x(x^2+1)] = x(x^2+1)^4(x^3-2)^2[19x^3+9x-20]
(2) y=log(logx)y = \log(\log x)
合成関数の微分: y=1logx1x=1xlogxy' = \frac{1}{\log x} \cdot \frac{1}{x} = \frac{1}{x \log x}
(3) y=2xy = 2^x
y=2xlog2y' = 2^x \log 2
(4) y=x3(x2+1)3/2y = x^3(x^2+1)^{3/2}
積の微分公式: y=3x2(x2+1)3/2+x332(x2+1)1/2(2x)=3x2(x2+1)3/2+3x4(x2+1)1/2y' = 3x^2(x^2+1)^{3/2} + x^3 \cdot \frac{3}{2}(x^2+1)^{1/2}(2x) = 3x^2(x^2+1)^{3/2} + 3x^4(x^2+1)^{1/2}
=3x2(x2+1)1/2[(x2+1)+x2]=3x2(x2+1)1/2(2x2+1)= 3x^2(x^2+1)^{1/2}[(x^2+1) + x^2] = 3x^2(x^2+1)^{1/2}(2x^2+1)
(5) y=exxy = e^{x^x}
u=xxu = x^xとすると、logu=xlogx\log u = x \log x
uu=logx+x1x=logx+1\frac{u'}{u} = \log x + x \cdot \frac{1}{x} = \log x + 1
u=xx(logx+1)u' = x^x(\log x + 1)
y=exxxx(logx+1)y' = e^{x^x} \cdot x^x(\log x + 1)
(6) y=(sinx)cosxy = (\sin x)^{\cos x}
logy=cosxlog(sinx)\log y = \cos x \log (\sin x)
yy=sinxlog(sinx)+cosxcosxsinx=sinxlog(sinx)+cos2xsinx\frac{y'}{y} = -\sin x \log(\sin x) + \cos x \cdot \frac{\cos x}{\sin x} = -\sin x \log(\sin x) + \frac{\cos^2 x}{\sin x}
y=(sinx)cosx[sinxlog(sinx)+cos2xsinx]y' = (\sin x)^{\cos x} \left[ -\sin x \log(\sin x) + \frac{\cos^2 x}{\sin x} \right]
(7) y=arctan(1x21+x2)y = \arctan\left(\frac{1-x^2}{1+x^2}\right)
y=11+(1x21+x2)2(2x)(1+x2)(1x2)(2x)(1+x2)2=(1+x2)2(1+x2)2+(1x2)22x2x32x+2x3(1+x2)2y' = \frac{1}{1 + (\frac{1-x^2}{1+x^2})^2} \cdot \frac{(-2x)(1+x^2) - (1-x^2)(2x)}{(1+x^2)^2} = \frac{(1+x^2)^2}{(1+x^2)^2+(1-x^2)^2} \cdot \frac{-2x-2x^3-2x+2x^3}{(1+x^2)^2}
=11+2x2+x4+12x2+x4(4x)=4x2+2x4=2x1+x4= \frac{1}{1+2x^2+x^4 + 1-2x^2+x^4} \cdot (-4x) = \frac{-4x}{2+2x^4} = \frac{-2x}{1+x^4}
(8) y=1+2logxy = \sqrt{1+2\log x}
y=121+2logx2x=1x1+2logxy' = \frac{1}{2\sqrt{1+2\log x}} \cdot \frac{2}{x} = \frac{1}{x\sqrt{1+2\log x}}
(9) y=arcsin(x1+x2)y = \arcsin\left(\frac{x}{\sqrt{1+x^2}}\right)
y=11(x1+x2)21+x2x121+x22x1+x2=1+x21+x2x21+x2x2(1+x2)1+x2=1+x211(1+x2)1+x2=11+x2y' = \frac{1}{\sqrt{1 - (\frac{x}{\sqrt{1+x^2}})^2}} \cdot \frac{\sqrt{1+x^2} - x \cdot \frac{1}{2\sqrt{1+x^2}} \cdot 2x}{1+x^2} = \frac{\sqrt{1+x^2}}{\sqrt{1+x^2-x^2}} \cdot \frac{1+x^2-x^2}{(1+x^2)\sqrt{1+x^2}} = \frac{\sqrt{1+x^2}}{1} \cdot \frac{1}{(1+x^2)\sqrt{1+x^2}} = \frac{1}{1+x^2}
(10) y=2arccosx+12y = 2\arccos\sqrt{\frac{x+1}{2}}
y=211x+1212(x+12)1/2=11x+12x+12=12x12x+12=112(1x)(1+x)=21x2y' = 2 \cdot \frac{-1}{\sqrt{1 - \frac{x+1}{2}}} \cdot \frac{1}{2} \left( \frac{x+1}{2} \right)^{-1/2} = \frac{-1}{\sqrt{1-\frac{x+1}{2}} \sqrt{\frac{x+1}{2}}} = \frac{-1}{\sqrt{\frac{2-x-1}{2}} \sqrt{\frac{x+1}{2}}} = \frac{-1}{\frac{1}{2} \sqrt{(1-x)(1+x)}} = \frac{-2}{\sqrt{1-x^2}}
(11) y=(x1)(x2)(x3)(x4)y = \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}}
logy=12[log(x1)+log(x2)log(x3)log(x4)]\log y = \frac{1}{2}[\log(x-1) + \log(x-2) - \log(x-3) - \log(x-4)]
yy=12[1x1+1x21x31x4]\frac{y'}{y} = \frac{1}{2} \left[ \frac{1}{x-1} + \frac{1}{x-2} - \frac{1}{x-3} - \frac{1}{x-4} \right]
y=12(x1)(x2)(x3)(x4)[1x1+1x21x31x4]y' = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \left[ \frac{1}{x-1} + \frac{1}{x-2} - \frac{1}{x-3} - \frac{1}{x-4} \right]
y=12(x1)(x2)(x3)(x4)[(x2)+(x1)(x1)(x2)(x4)+(x3)(x3)(x4)]=12(x1)(x2)(x3)(x4)[2x3(x1)(x2)2x7(x3)(x4)]y' = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \left[ \frac{(x-2)+(x-1)}{(x-1)(x-2)} - \frac{(x-4)+(x-3)}{(x-3)(x-4)} \right] = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \left[ \frac{2x-3}{(x-1)(x-2)} - \frac{2x-7}{(x-3)(x-4)} \right]
y=12(x1)(x2)(x3)(x4)(2x3)(x3)(x4)(2x7)(x1)(x2)(x1)(x2)(x3)(x4)y' = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \frac{(2x-3)(x-3)(x-4) - (2x-7)(x-1)(x-2)}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)}
y=12(x1)(x2)(x3)(x4)(2x3)(x27x+12)(2x7)(x23x+2)(x1)(x2)(x3)(x4)=12(x1)(x2)(x3)(x4)(2x314x2+24x3x2+21x36)(2x36x2+4x7x2+21x14)(x1)(x2)(x3)(x4)y' = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \frac{(2x-3)(x^2-7x+12) - (2x-7)(x^2-3x+2)}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)} = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \frac{(2x^3-14x^2+24x-3x^2+21x-36) - (2x^3-6x^2+4x-7x^2+21x-14)}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)}
y=12(x1)(x2)(x3)(x4)2x317x2+45x36(2x313x2+25x14)(x1)(x2)(x3)(x4)=12(x1)(x2)(x3)(x4)4x2+20x22(x1)(x2)(x3)(x4)y' = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \frac{2x^3-17x^2+45x-36 - (2x^3-13x^2+25x-14)}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)} = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \frac{-4x^2+20x-22}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)}
y=2x2+10x11(x1)(x2)(x3)(x4)3y' = \frac{-2x^2+10x-11}{\sqrt{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)^3}}
(12) y=xa2x2+a2arcsinxay = x\sqrt{a^2-x^2} + a^2 \arcsin \frac{x}{a}
y=a2x2+x2x2a2x2+a211x2a21a=a2x2x2a2x2+a2aa2x2a2=a2x2x2a2x2+a2a2x2y' = \sqrt{a^2-x^2} + x \cdot \frac{-2x}{2\sqrt{a^2-x^2}} + a^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{1-\frac{x^2}{a^2}}} \cdot \frac{1}{a} = \sqrt{a^2-x^2} - \frac{x^2}{\sqrt{a^2-x^2}} + \frac{a^2}{a \sqrt{\frac{a^2-x^2}{a^2}}} = \sqrt{a^2-x^2} - \frac{x^2}{\sqrt{a^2-x^2}} + \frac{a^2}{\sqrt{a^2-x^2}}
y=a2x2x2+a2a2x2=2(a2x2)a2x2=2(a2x2)a2x2=2a2x2y' = \frac{a^2-x^2 - x^2 + a^2}{\sqrt{a^2-x^2}} = \frac{2(a^2-x^2)}{\sqrt{a^2-x^2}} = \frac{2(a^2-x^2)}{\sqrt{a^2-x^2}} = 2\sqrt{a^2-x^2}

3. 最終的な答え

(1) y=x(x2+1)4(x32)2[19x3+9x20]y' = x(x^2+1)^4(x^3-2)^2[19x^3+9x-20]
(2) y=1xlogxy' = \frac{1}{x \log x}
(3) y=2xlog2y' = 2^x \log 2
(4) y=3x2(x2+1)1/2(2x2+1)y' = 3x^2(x^2+1)^{1/2}(2x^2+1)
(5) y=exxxx(logx+1)y' = e^{x^x} \cdot x^x(\log x + 1)
(6) y=(sinx)cosx[sinxlog(sinx)+cos2xsinx]y' = (\sin x)^{\cos x} \left[ -\sin x \log(\sin x) + \frac{\cos^2 x}{\sin x} \right]
(7) y=2x1+x4y' = \frac{-2x}{1+x^4}
(8) y=1x1+2logxy' = \frac{1}{x\sqrt{1+2\log x}}
(9) y=11+x2y' = \frac{1}{1+x^2}
(10) y=21x2y' = \frac{-2}{\sqrt{1-x^2}}
(11) y=2x2+10x11(x1)(x2)(x3)3(x4)3y' = \frac{-2x^2+10x-11}{\sqrt{(x-1)(x-2)(x-3)^3(x-4)^3}}
(12) y=2a2x2y' = 2\sqrt{a^2-x^2}

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