【微分積分】3-2-2 対数微分法|要点まとめ
このページでは、大学数学・微分積分で学ぶ「対数微分法」を要点と例題でわかりやすく解説します。指数関数や積・商の微分を効率よく計算する方法を整理し、微分法の理解を深めたい方に最適です。
対数微分法の使い方と手順
【対数微分法】
指数が関数や分数式の場合は、絶対値をとってから自然対数をとることで簡単な形に直すことができる。これを利用した計算法を対数微分法という。
【例題】次の関数の導関数を求めなさい。
(1)\(y=x^{\sin x}\ \ \ (x>0)\)
両辺の対数をとると、
\(\log y=\log x^{\sin x}\)
\(\log y=\sin x\log x\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\cos x\log x+\sin x・\frac{1}{x}\)
\(\displaystyle y'=y\left(\cos x\log x+\frac{\sin x}{x}\right)\)
\(\displaystyle =x^{\sin x}\left(\cos x\log x+\frac{\sin x}{x}\right)\)
\(\log y=\log x^{\sin x}\)
\(\log y=\sin x\log x\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\cos x\log x+\sin x・\frac{1}{x}\)
\(\displaystyle y'=y\left(\cos x\log x+\frac{\sin x}{x}\right)\)
\(\displaystyle =x^{\sin x}\left(\cos x\log x+\frac{\sin x}{x}\right)\)
(2)\(\displaystyle y=\sqrt{\frac{(x+1)^3}{(x-2)^2(x+3)^5}}\)
両辺の対数をとると、
\(\displaystyle \log y=\log\sqrt{\frac{(x+1)^3}{(x-2)^2(x+3)^5}}\)
\(\displaystyle \log y=\frac{1}{2}(3\log|x+1|\)
\(\ \ \ \ \ \ -2\log|x-2|-5\log|x+3|)\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\frac{1}{2}\left(\frac{3}{x+1}-\frac{2}{x-2}-\frac{5}{x+3}\right)\)
\(\displaystyle =\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\)
\(\displaystyle y'=y\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\)
\(\displaystyle =\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\sqrt{\frac{(x+1)^3}{(x-2)^2(x+3)^5}}\)
\(\displaystyle \log y=\log\sqrt{\frac{(x+1)^3}{(x-2)^2(x+3)^5}}\)
\(\displaystyle \log y=\frac{1}{2}(3\log|x+1|\)
\(\ \ \ \ \ \ -2\log|x-2|-5\log|x+3|)\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\frac{1}{2}\left(\frac{3}{x+1}-\frac{2}{x-2}-\frac{5}{x+3}\right)\)
\(\displaystyle =\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\)
\(\displaystyle y'=y\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\)
\(\displaystyle =\frac{-2x^2-7}{(x+1)(x-2)(x+3)}\sqrt{\frac{(x+1)^3}{(x-2)^2(x+3)^5}}\)
(3)\(y=(\sin x)^x\ \ \ (0< x<\pi)\)
両辺の対数をとると、
\(\displaystyle \log y=\log(\sin x)^x\)
\(\displaystyle \log y=x\log(\sin x)\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\log(\sin x)+x\frac{1}{\sin x}・\cos x\)
\(\displaystyle =\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\)
\(\displaystyle y'=y\left\{\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\right\}\)
\(\displaystyle =(\sin x)^x\left\{\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\right\}\)
\(\displaystyle \log y=\log(\sin x)^x\)
\(\displaystyle \log y=x\log(\sin x)\)
両辺を\(x\)で微分すると、
\(\displaystyle \frac{y'}{y}=\log(\sin x)+x\frac{1}{\sin x}・\cos x\)
\(\displaystyle =\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\)
\(\displaystyle y'=y\left\{\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\right\}\)
\(\displaystyle =(\sin x)^x\left\{\log(\sin x)+\frac{x\cos x}{\sin x}\right\}\)
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