## 問題 2.1 の解答

解析学導関数微分合成関数積の微分対数微分
2025/6/15
## 問題 2.1 の解答
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1. 問題の内容

与えられた関数の導関数を求める問題です。全部で12個の関数について、それぞれ微分を実行します。
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2. 解き方の手順

以下に、それぞれの関数の導関数を求める手順と答えを示します。
**(1) y=(x2+1)5(x32)3y = (x^2 + 1)^5 (x^3 - 2)^3**
積の微分法と合成関数の微分法を用いる。
y=5(x2+1)4(2x)(x32)3+(x2+1)53(x32)2(3x2)y' = 5(x^2+1)^4(2x)(x^3-2)^3 + (x^2+1)^5 3(x^3-2)^2(3x^2)
=10x(x2+1)4(x32)3+9x2(x2+1)5(x32)2= 10x(x^2+1)^4(x^3-2)^3 + 9x^2(x^2+1)^5(x^3-2)^2
=x(x2+1)4(x32)2[10(x32)+9x(x2+1)]= x(x^2+1)^4(x^3-2)^2[10(x^3-2) + 9x(x^2+1)]
=x(x2+1)4(x32)2[10x320+9x3+9x]= x(x^2+1)^4(x^3-2)^2[10x^3 - 20 + 9x^3 + 9x]
=x(x2+1)4(x32)2(19x3+9x20)= x(x^2+1)^4(x^3-2)^2(19x^3+9x-20)
**(2) y=log(logx)y = \log(\log x)**
合成関数の微分法を用いる。
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}**
積の微分法と合成関数の微分法を用いる。
y=3x2(x2+1)3/2+x332(x2+1)1/2(2x)y' = 3x^2 (x^2+1)^{3/2} + x^3 \frac{3}{2} (x^2+1)^{1/2} (2x)
=3x2(x2+1)3/2+3x4(x2+1)1/2= 3x^2 (x^2+1)^{3/2} + 3x^4 (x^2+1)^{1/2}
=3x2(x2+1)1/2[x2+1+x2]= 3x^2 (x^2+1)^{1/2} [x^2+1 + x^2]
=3x2(x2+1)1/2(2x2+1)= 3x^2 (x^2+1)^{1/2} (2x^2+1)
**(5) y=exxy = e^{x^x}**
u=xxu = x^x とおくと、y=euy = e^u
logu=xlogx\log u = x \log x
1ududx=logx+x1x=logx+1\frac{1}{u} \frac{du}{dx} = \log x + x \cdot \frac{1}{x} = \log x + 1
dudx=u(logx+1)=xx(logx+1)\frac{du}{dx} = u (\log x + 1) = x^x (\log x + 1)
y=eududx=exxxx(logx+1)y' = e^u \frac{du}{dx} = e^{x^x} x^x (\log x + 1)
**(6) y=(sinx)cosxy = (\sin x)^{\cos x}**
両辺の対数をとる。
logy=cosxlog(sinx)\log y = \cos x \log (\sin x)
1yy=sinxlog(sinx)+cosx1sinxcosx\frac{1}{y} y' = -\sin x \log(\sin x) + \cos x \cdot \frac{1}{\sin x} \cdot \cos 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=tan1(1x21+x2)y = \tan^{-1} \left( \frac{1 - x^2}{1 + x^2} \right)**
x=tanθx = \tan \theta とおくと、1x21+x2=1tan2θ1+tan2θ=cos2θ\frac{1-x^2}{1+x^2} = \frac{1 - \tan^2 \theta}{1 + \tan^2 \theta} = \cos 2\theta
y=tan1(cos2θ)=tan1(1tan2(π/4θ)1+tan2(π/4θ))=tan1(tan(π/22θ))y = \tan^{-1} (\cos 2\theta) = \tan^{-1} \left( \frac{1 - \tan^2(\pi/4 - \theta)}{1+\tan^2(\pi/4 - \theta)} \right) = \tan^{-1}\left( \tan(\pi/2 - 2\theta) \right)
y=π22θ=π22tan1xy = \frac{\pi}{2} - 2\theta = \frac{\pi}{2} - 2 \tan^{-1} x
y=21+x2y' = - \frac{2}{1+x^2}
**(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=sin1(x1+x2)y = \sin^{-1} \left( \frac{x}{\sqrt{1+x^2}} \right)**
x=tanθx = \tan \theta とおくと、x1+x2=tanθ1+tan2θ=tanθsecθ=sinθ\frac{x}{\sqrt{1+x^2}} = \frac{\tan \theta}{\sqrt{1+\tan^2 \theta}} = \frac{\tan \theta}{\sec \theta} = \sin \theta
y=sin1(sinθ)=θ=tan1xy = \sin^{-1} (\sin \theta) = \theta = \tan^{-1} x
y=11+x2y' = \frac{1}{1+x^2}
**(10) y=2cos1x+12y = 2 \cos^{-1} \sqrt{\frac{x+1}{2}}**
x=cosθx = \cos \theta とおくと、x+12=cosθ+12=cos2θ2=cosθ2\sqrt{\frac{x+1}{2}} = \sqrt{\frac{\cos \theta + 1}{2}} = \sqrt{\cos^2 \frac{\theta}{2}} = \cos \frac{\theta}{2}
y=2cos1(cosθ2)=2θ2=θ=cos1xy = 2 \cos^{-1} \left( \cos \frac{\theta}{2} \right) = 2 \cdot \frac{\theta}{2} = \theta = \cos^{-1} x
y=11x2y' = - \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
**(11) y=(x1)(x2)(x3)(x4)y = \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}}**
両辺の対数をとる。
logy=12[log(x1)+log(x2)log(x3)log(x4)]\log y = \frac{1}{2} \left[ \log(x-1) + \log(x-2) - \log(x-3) - \log(x-4) \right]
1yy=12[1x1+1x21x31x4]\frac{1}{y} y' = \frac{1}{2} \left[ \frac{1}{x-1} + \frac{1}{x-2} - \frac{1}{x-3} - \frac{1}{x-4} \right]
y=(x1)(x2)(x3)(x4)12[1x1+1x21x31x4]y' = \sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \cdot \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]
=12(x1)(x2)(x3)(x4)[(x2)(x3)(x4)+(x1)(x3)(x4)(x1)(x2)(x4)(x1)(x2)(x3)(x1)(x2)(x3)(x4)]= \frac{1}{2}\sqrt{\frac{(x-1)(x-2)}{(x-3)(x-4)}} \left[\frac{(x-2)(x-3)(x-4) + (x-1)(x-3)(x-4) - (x-1)(x-2)(x-4) - (x-1)(x-2)(x-3)}{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)} \right]
分子 = x39x2+26x24+x38x2+19x12x3+7x214x+8x3+6x211x+6=4x2+20x22=2(2x210x+11)x^3-9x^2+26x-24+x^3-8x^2+19x-12-x^3+7x^2-14x+8-x^3+6x^2-11x+6 = -4x^2+20x-22 = -2(2x^2-10x+11)
y=2x210x+11((x1)(x2)(x3)(x4))1/2y' = - \frac{2x^2-10x+11}{((x-1)(x-2)(x-3)(x-4))^{1/2}}
**(12) y=xa2x2+a2sin1xay = x \sqrt{a^2 - x^2} + a^2 \sin^{-1} \frac{x}{a}**
y=a2x2+x12a2x2(2x)+a211x2a21ay' = \sqrt{a^2 - x^2} + x \cdot \frac{1}{2\sqrt{a^2 - x^2}} (-2x) + a^2 \cdot \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{x^2}{a^2}}} \cdot \frac{1}{a}
=a2x2x2a2x2+a2a2x2= \sqrt{a^2 - x^2} - \frac{x^2}{\sqrt{a^2 - x^2}} + \frac{a^2}{\sqrt{a^2 - x^2}}
=a2x2x2+a2a2x2=2(a2x2)a2x2=2a2x2= \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}} = 2\sqrt{a^2 - x^2}
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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} 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=21+x2y' = - \frac{2}{1+x^2}
(8) y=1x1+2logxy' = \frac{1}{x \sqrt{1+2\log x}}
(9) y=11+x2y' = \frac{1}{1+x^2}
(10) y=11x2y' = - \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
(11) y=2x210x+11(x1)(x2)(x3)(x4)y' = - \frac{2x^2-10x+11}{\sqrt{(x-1)(x-2)(x-3)(x-4)}}
(12) y=2a2x2y' = 2\sqrt{a^2 - x^2}

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