商の微分
分数の形の関数は、商の微分の公式で微分します1。f(x)=x2+1x2−1 で確かめます。
公式
(vu)′=v2u′v−uv′ u=x2−1、v=x2+1 とすると u′=v′=2x なので、次のようになります。
f′(x)=(x2+1)22x(x2+1)−(x2−1)⋅2x=(x2+1)24x 分子は u′v−uv′ で、引く順序を入れ替えると符号が反対になります。積の微分と違って順序が効きます。
増減
分母は 2 乗なので常に正で、符号は分子の 4x だけで決まります。
| 範囲 | f′ | 増減 |
|---|
| x<0 | 負 | 減少 |
| x>0 | 正 | 増加 |
x=0 で最小値 f(0)=−1 をとります。
漸近線
x→±∞ では分子と分母の次数が同じなので f→1 に近づきます。y=1 が漸近線です。実際、次のように変形できます。
f(x)=1−x2+12 1 から正の量を引いた形になっています。この形なら商の微分を使わずに、−2(x2+1)−1 を微分して同じ答えを出せます。
主な値
| x | f(x) | f′(x) |
|---|
| −1 | 0 | −1 |
| 0 | −1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
偶関数なので y 軸について対称です。値域は −1≤f<1 で、x 軸と交わるのは x=±1 の 2 点です。
積の微分から導ける
vu=uv−1 と見て積の微分を使い、(v−1)′=−v2v′ を入れます。
u′v−1+u(−v2v′)=v2u′v−uv′ 覚える公式を増やしたくなければ、こちらで済ませてもかまいません。
分母が 0 になる点では、そもそも関数が定義されないので微分もできません。この関数は x2+1>0 なので、すべての x で微分できます。
グラフの下に凸の曲線が y=x2+1x2−1、原点を通る曲線が導関数で、大きな点は最小点と x 軸との交点です。
- Quotient rule、Wikipedia