三角関数の微分
sin を微分すると cos、cos を微分すると −sin になります1。4 回微分すると元に戻ります。
(sinx)′(cosx)′=cosx=−sinx グラフで確かめる
微分するたびに波が左へ 2π ずれます。
| x | sinx | 傾き | cosx |
|---|
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2π | 1 | 0 | 0 |
| π | 0 | −1 | −1 |
sin が最大になる点で傾きが 0 になることも、表から読み取れます。
4 回で戻る
| 微分の回数 | 結果 |
|---|
| 1 | cosx |
| 2 | −sinx |
| 3 | −cosx |
| 4 | sinx |
2 回微分すると符号が反転するので、次が成り立ちます。
ばねの振動や振り子がこの式で書けるのは、sin と cos がこの性質をもつからです。
公式の証明
証明には limh→0hsinh=1 を使います。和と差の公式で変形します。
sin(x+h)−sinx=2cos(x+2h)sin2h h で割ると h/2sin(h/2)→1 から cosx が残ります。
ラジアンを使う理由
この極限は、角度をラジアンで測ったときにだけ 1 になります。度で測ると 180π≈0.01745 になり、微分するたびにこの係数が掛かってしまいます。微分積分でラジアンを使うのは、この係数を消すためです。
正接と逆三角関数
tanx は商の微分から求まります。
(tanx)′=cos2xcos2x+sin2x=cos2x1 常に正なので tan は各区間で単調に増加します。cosx=0 の近くで傾きが際限なく大きくなることは、漸近線に張り付く形と合っています。
逆三角関数もここから出ます。y=arcsinx を siny=x と書いて両辺を微分すると cosy⋅y′=1、cosy=1−x2 より次のようになります。
(arcsinx)′=1−x21 グラフの原点を通る波が y=sinx、その導関数が y=cosx、さらに微分したものが y=−sinx で、大きな点は (0,0)、(0,1)、(2π,0) です。
- Differentiation of trigonometric functions、Wikipedia