合成関数の微分
関数の中に関数が入っている形は、合成関数の微分(連鎖律)で微分します1。f(x)=sin(x2) で確かめます。
公式
外側を内側で微分し、内側を x で微分して掛けます。
{g(h(x))}′=g′(h(x))⋅h′(x) g(t)=sint、h(x)=x2 なので g′(t)=cost、h′(x)=2x、したがって次のようになります。
f′(x)=cos(x2)⋅2x=2xcos(x2) cos(x2) だけでは足りません。内側の微分 2x が必ず掛かります。
2x の効き方
グラフを見ると 2x の効き方が分かります。x が大きくなるほど内側の x2 の増え方が速いので、sin(x2) の波は右へ行くほど詰まっていきます。導関数の振幅も 2x に比例して大きくなります。
波の間隔は数でも追えます。f=0 となるのは x2=nπ、つまり x=nπ のときです。
| n | 零点 x=nπ | 前との間隔 |
|---|
| 1 | ≈1.77 | ≈1.77 |
| 2 | ≈2.51 | ≈0.73 |
| 3 | ≈3.07 | ≈0.56 |
何段でも重ねられる
sin(ex2) なら、外から順に cos(ex2)、ex2、2x を掛けて 2xex2cos(ex2) です。
覚え方
dxdy=dtdy⋅dxdt 分数のように dt が約分されて見えますが、これは形の上での話で、証明は平均変化率の積として書き直すことで行います。
置換積分との関係
置換積分は、この規則を逆向きに使ったものです。連鎖律で内側の微分が掛かることを知っていれば、次の積分が読み取れます。
∫2xcos(x2)dx=sin(x2)+C 微分の側で掛かるものを、積分の側では見つけて取り除きます。
グラフの右へ行くほど詰まる波が y=sin(x2)、振幅が大きくなる波が導関数で、大きな点は原点と (π,0) です。
- Chain rule、Wikipedia