次の関数を微分せよ。 (1) $y = \sin^2 3x$ (2) $y = \sin^5 x \cos 5x$ (3) $y = \sin^4 x \cos^4 x$ (4) $y = \sqrt{1+\sin^2 x}$ (5) $y = \sqrt{\sin(x^2+x+1)}$ (6) $y = (\tan x + \frac{1}{\tan x})^2$ (7) $y = \frac{\cos x}{1 - \sin x}$

解析学微分三角関数合成関数の微分積の微分商の微分
2025/6/17

1. 問題の内容

次の関数を微分せよ。
(1) y=sin23xy = \sin^2 3x
(2) y=sin5xcos5xy = \sin^5 x \cos 5x
(3) y=sin4xcos4xy = \sin^4 x \cos^4 x
(4) y=1+sin2xy = \sqrt{1+\sin^2 x}
(5) y=sin(x2+x+1)y = \sqrt{\sin(x^2+x+1)}
(6) y=(tanx+1tanx)2y = (\tan x + \frac{1}{\tan x})^2
(7) y=cosx1sinxy = \frac{\cos x}{1 - \sin x}

2. 解き方の手順

(1) y=sin23xy = \sin^2 3x の微分
合成関数の微分法を用いる。
y=2sin3x(sin3x)=2sin3x(cos3x)(3x)=2sin3xcos3x3=6sin3xcos3x=3sin6xy' = 2 \sin 3x \cdot (\sin 3x)' = 2 \sin 3x \cdot (\cos 3x) \cdot (3x)' = 2 \sin 3x \cos 3x \cdot 3 = 6 \sin 3x \cos 3x = 3 \sin 6x
(2) y=sin5xcos5xy = \sin^5 x \cos 5x の微分
積の微分法と合成関数の微分法を用いる。
y=(sin5x)cos5x+sin5x(cos5x)=5sin4x(sinx)cos5x+sin5x(sin5x)(5x)=5sin4xcosxcos5x5sin5xsin5xy' = (\sin^5 x)' \cos 5x + \sin^5 x (\cos 5x)' = 5 \sin^4 x (\sin x)' \cos 5x + \sin^5 x (-\sin 5x) (5x)' = 5 \sin^4 x \cos x \cos 5x - 5 \sin^5 x \sin 5x
(3) y=sin4xcos4x=(sinxcosx)4=(12sin2x)4=116sin42xy = \sin^4 x \cos^4 x = (\sin x \cos x)^4 = (\frac{1}{2} \sin 2x)^4 = \frac{1}{16} \sin^4 2x の微分
合成関数の微分法を用いる。
y=1164sin32x(sin2x)=14sin32x(cos2x)(2x)=14sin32xcos2x2=12sin32xcos2xy' = \frac{1}{16} \cdot 4 \sin^3 2x \cdot (\sin 2x)' = \frac{1}{4} \sin^3 2x \cdot (\cos 2x) \cdot (2x)' = \frac{1}{4} \sin^3 2x \cos 2x \cdot 2 = \frac{1}{2} \sin^3 2x \cos 2x
(4) y=1+sin2x=(1+sin2x)12y = \sqrt{1+\sin^2 x} = (1+\sin^2 x)^{\frac{1}{2}} の微分
合成関数の微分法を用いる。
y=12(1+sin2x)12(1+sin2x)=121+sin2x(2sinxcosx)=sinxcosx1+sin2xy' = \frac{1}{2} (1+\sin^2 x)^{-\frac{1}{2}} \cdot (1+\sin^2 x)' = \frac{1}{2 \sqrt{1+\sin^2 x}} \cdot (2 \sin x \cos x) = \frac{\sin x \cos x}{\sqrt{1+\sin^2 x}}
(5) y=sin(x2+x+1)=(sin(x2+x+1))12y = \sqrt{\sin(x^2+x+1)} = (\sin(x^2+x+1))^{\frac{1}{2}} の微分
合成関数の微分法を用いる。
y=12(sin(x2+x+1))12(sin(x2+x+1))=12sin(x2+x+1)cos(x2+x+1)(x2+x+1)=(2x+1)cos(x2+x+1)2sin(x2+x+1)y' = \frac{1}{2} (\sin(x^2+x+1))^{-\frac{1}{2}} \cdot (\sin(x^2+x+1))' = \frac{1}{2 \sqrt{\sin(x^2+x+1)}} \cdot \cos(x^2+x+1) \cdot (x^2+x+1)' = \frac{(2x+1) \cos(x^2+x+1)}{2 \sqrt{\sin(x^2+x+1)}}
(6) y=(tanx+1tanx)2=(tanx+cotx)2y = (\tan x + \frac{1}{\tan x})^2 = (\tan x + \cot x)^2 の微分
y=(tanx+cotx)2=tan2x+2tanxcotx+cot2x=tan2x+2+cot2xy = (\tan x + \cot x)^2 = \tan^2 x + 2 \tan x \cot x + \cot^2 x = \tan^2 x + 2 + \cot^2 x
y=2tanx(tanx)+0+2cotx(cotx)=2tanx1cos2x+2cotx(1sin2x)=2sinxcos3x2cosxsin3x=2(sinxcos3xcosxsin3x)=2sin4xcos4xsin3xcos3x=2(sin2x+cos2x)(sin2xcos2x)sin3xcos3x=2cos2xsin3xcos3x=2cos2xsin3xcos3x=16cos2xsin32xy' = 2 \tan x (\tan x)' + 0 + 2 \cot x (\cot x)' = 2 \tan x \cdot \frac{1}{\cos^2 x} + 2 \cot x \cdot (-\frac{1}{\sin^2 x}) = \frac{2 \sin x}{\cos^3 x} - \frac{2 \cos x}{\sin^3 x} = 2 (\frac{\sin x}{\cos^3 x} - \frac{\cos x}{\sin^3 x}) = 2 \frac{\sin^4 x - \cos^4 x}{\sin^3 x \cos^3 x} = 2 \frac{(\sin^2 x + \cos^2 x)(\sin^2 x - \cos^2 x)}{\sin^3 x \cos^3 x} = 2 \frac{-\cos 2x}{\sin^3 x \cos^3 x} = -2 \frac{\cos 2x}{\sin^3 x \cos^3 x} = -16 \frac{\cos 2x}{\sin^3 2x}
(7) y=cosx1sinxy = \frac{\cos x}{1-\sin x} の微分
商の微分法を用いる。
y=(cosx)(1sinx)cosx(1sinx)(1sinx)2=sinx(1sinx)cosx(cosx)(1sinx)2=sinx+sin2x+cos2x(1sinx)2=1sinx(1sinx)2=11sinxy' = \frac{(\cos x)'(1-\sin x) - \cos x (1-\sin x)'}{(1-\sin x)^2} = \frac{-\sin x (1-\sin x) - \cos x (-\cos x)}{(1-\sin x)^2} = \frac{-\sin x + \sin^2 x + \cos^2 x}{(1-\sin x)^2} = \frac{1-\sin x}{(1-\sin x)^2} = \frac{1}{1-\sin x}

3. 最終的な答え

(1) y=3sin6xy' = 3 \sin 6x
(2) y=5sin4xcosxcos5x5sin5xsin5xy' = 5 \sin^4 x \cos x \cos 5x - 5 \sin^5 x \sin 5x
(3) y=12sin32xcos2xy' = \frac{1}{2} \sin^3 2x \cos 2x
(4) y=sinxcosx1+sin2xy' = \frac{\sin x \cos x}{\sqrt{1+\sin^2 x}}
(5) y=(2x+1)cos(x2+x+1)2sin(x2+x+1)y' = \frac{(2x+1) \cos(x^2+x+1)}{2 \sqrt{\sin(x^2+x+1)}}
(6) y=16cos2xsin32xy' = -16 \frac{\cos 2x}{\sin^3 2x}
(7) y=11sinxy' = \frac{1}{1-\sin x}

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