練習問題メモ 01

練習問題メモ 01#

  1. 次の関数を微分せよ。

 (1) y=x33x2+2

dydx=3x26x

 (2) y=x(x2)(x4)(x6)

x(x2)(x4)(x6)=(x22x)(x4)(x6)=(x36x2+8x)(x6)=x46x36x3+36x2+8x248x=x412x3+44x248x
dydx=4x336x2+88x48
import sympy as sp
x = sp.symbols("x")
y = x * (x - 2) * (x - 4) * (x - 6)
sp.expand(y)
x412x3+44x248x
sp.expand(y).diff(x)
4x336x2+88x48

 (3) y=5+x5x

y=5+x5x=g(x)m(x)

とおく。商の微分公式から

dydx=g(x)m(x)g(x)m(x)m(x)2=(5+x)(5x)(5+x)(5x)(5x)2=(5x)+(5+x)(5x)2=10(5x)2

 (4) y=1x2+2

y=(x2+2)1/2
dydx=dydududx=12(x2+2)3/2×2x=xx2+23/2
import sympy as sp
x = sp.symbols("x")
y = 1/sp.sqrt(x**2 + 2)
y.diff(x)
x(x2+2)32

 (5) y=cosxx

商の公式を使う場合

(cosxx)=sinxxcosxx2=xsinx+cosxx2

積の微分公式を使う

[cosxx1]=sinxx1+cosxx2=sinxx+cosxx2=xsinx+cosxx2

 (6) y=eax(cosbx+sinbx)

積の公式を使って

[eax(cosbx+sinbx)]=aeax(cosbx+sinbx)+eax(bsinbx+bcosbx)=eax(acosbx+asinbx)+eax(bsinbx+bcosbx)=eax[(acosbx)+(asinbx)bsinbx)+(bcosbx)]=eax[(a+b)cosbx+(ab)sinbx]
前提1:(eax)=aeax

u=axとおいて合成関数として

deududaxdx=eaxa
前提2:(sinbx)=bcosbx

u=bxとした合成関数として、

dsinudududx=cosbxb
import sympy as sp
a, b, x = sp.symbols("a b x")
y = sp.exp(a * x) * (sp.cos(b * x) + sp.sin(b * x))
y.diff(x)
a(sin(bx)+cos(bx))eax+(bsin(bx)+bcos(bx))eax

 (7) y=tan(x2+2)

u=x2+2として

[tan(x2+2)]=dydududx=1cos2u2x=1cos2(x2+2)2x=2xcos2(x2+2)

 (8) y=log(cos2x)

(cos2x)=sinxcosx+cosxsinx=2sinxcosx

なので

y=d(logu)dududx=1cos2x×2sinxcosx=2sinxcosx=2tanx

 (9) y=log{log(logx)}

dydx=d(log{log(logx)})d{log(logx)}d{log(logx)}d(logx)d(logx)dx=1log(logx)1logx1x=1log(logx)logxx

 (10) y=ex2+3xlogx

まずex2+3xは合成関数の微分公式で

dex2+3xd(x2+3x)d(x2+3x)dx=ex2+3x(2x+3)

ex2+3xlogxは積の微分公式で

dydx=(ex2+3x)logx+ex2+3x(logx)=ex2+3x(2x+3)logx+ex2+3x1x=ex2+3x((2x+3)logx+1x)

 (11) y=8xx3

積の微分公式より

(8x)x3+8x(x3)

(8x)は対数をとって逆関数の微分として解くと(ax)=xlogaとなることから

(8x)=8xlog8

よって

(8x)x3+8x(x3)=8xlog8x3+8x3x2=8x(x3log8+3x2)

(12) y=xa2x2arcsinxa

まず第1項は

(xa2x2)=a2x2x12(a2x2)1/2(2x)(a2x2)2=a2x2(a2x2)2+x2(a2x2)1/2(a2x2)2=1a2x2+x2(a2x2)32

つづいて第2項は

ddxarcsinx=11x2

より

ddxarcsinxa=darcsinudud(1/a)xdx=11(xa)21a=1a1x2a2=1a2(1x2a2)=1a2x2

よって

(xa2x2arcsinxa)=1a2x2+x2(a2x2)321a2x2

整理すると

1a2x2+x2(a2x2)321a2x2=(a2x2)a2x2(a2x2)+x2a2x2(a2x2)(a2x2)a2x2(a2x2)=(a2x2)+x2(a2x2)a2x2(a2x2)=x2a2x2(a2x2)=x2(a2x2)32

(13) y=arctan(batanx)

(arctan(x))=1x2+1(tan(x))=1cos2x

より、

[arctan(batanx)]=1b2a2tan2x+1ba1cos2x=1b2a2sin2xcos2x+1bacos2x=1b2a2sin2xcos2x+1aba2cos2x=ab(b2a2sin2xcos2x+1)a2cos2x=abb2sin2x+a2cos2x