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微分(1)






<例題1>関数 f ( x ) = x 3 を定義にしたがって微分せよ.


解答例:微分の定義式は,

f ' ( x ) = lim h 0 f ( x + h ) - f ( x ) h

f ( x + h ) - f ( x ) = ( x + h ) 3 - x 3 = 3 x 2 h + 3 x h 2 + h 3 = h ( 3 x 2 + 3 x h + h 2 )

f ' ( x ) = lim h 0 h ( 3 x 2 + 3 x h + h 2 ) h = lim h 0 ( 3 x 2 + 3 x h + h 2 ) = 3 x 2


<例題2>:関数 y = x 3 - 3 x の増減を調べて、そのグラフをかけ.




解答例

f ( x ) = x 3 - 3 x とおくと、 f ' ( x ) = 3 x 2 - 3 = 3 ( x 2 - 1 ) = 3 ( x + 1 ) ( x - 1 ) より、

f ' ( x ) = 0 となる x の値は、 x = - 1 , 1 だから、増減表は

x ... - 1 ... 1
f ' ( x ) + 0 - 0 +
f ( x ) 極大 極小



極大値 f ( - 1 ) = ( - 1 ) 3 - 3 × ( - 1 ) = 2 ,極小値 f ( 1 ) = 1 - 3 = - 2




<例題3>:次の関数を微分しなさい.

(1) y = 1 2 x + 1 (2) y = e - x 2

(3) y = x 2 log x (4) y = cos 3 x


解答例:

(1) u = 2 x + 1 とおくと、 y = 1 u 1 2 = u - 1 2

y ' = - 1 2 u - 3 2 × d u d x

= - 1 2 ( 2 x + 1 ) - 3 2 × 2 = - 1 ( 2 x + 1 ) 3 2 = - 1 ( 2 x + 1 ) 2 x + 1

(2) u = - x 2 とおくと、 y = e u

y ' = e u × d u d x = e - x 2 × ( - 2 x ) = - 2 x e - x 2

(3) ( f × g ) ' = f ' × g + f × g ' だから、

f ( x ) = x 2 , g ( x ) = log x として

y ' = 2 x × log x + x 2 × 1 x = 2 x log x + x

(4) u = cos x とおくと、 y = u 3 だから、

y ' = 3 u 2 × u ' = 3 cos 2 x × ( - sin x ) = - 3 cos 2 x sin x