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係数と指数だけ見れば微分の計算は終わる!導関数の公式と練習問題

多項式の微分でやることは 3 つだけです。肩の数を前へ降ろす、係数はそのまま連れていく、定数は消す。

なら肩の を前へ出して 、肩を 減らして 。この動作を項の数だけ繰り返します[1]。

1 つの項の動き

の肩に乗っている数が、掛け算の場所へ降りてきます。降りたぶん肩は 軽くなる。

は なので、微分すると です。 を使っています。

定数は を含まないので 。 も も も、微分すればすべて になります。

例:単項式を微分する

肩の数を前へ出すだけの型です。

は 、 は 、 は 。 は 、 は になります。

係数が付いても手順は変わりません。 なら 、 なら です。

もとの式導関数

は で 。分数の係数は約分できる形で出題されることが多い。

例:多項式を項ごとに処理する

項が増えても、1 つずつ微分して並べ直すだけです[2]。

なら、 から 、 から 。足して です。

引き算は と見ます。 と で 。

もとの式導関数

は 1 次関数なので、導関数は定数の です。傾きがそのまま出ています。

例:先に展開してから微分する

積や累乗の形は、そのままでは公式が当たりません。展開して多項式に直します。

は なので、導関数は です。

は になり、導関数は 。

は で、導関数は です。

は なので になります。

展開して多項式に直す

項ごとに肩を降ろす

足し直して 1 つの式にする

展開した形が とまとめられることもあります。答えは同じなので、どちらで書いても構造は変わりません。

例:文字の係数がある式

以外の文字は定数として扱います。動くのは だけ、という約束です。

なら 。 は消えます。

なら 。 は の係数として残ります。

なら です。

以外の文字が出てきたら、それが定数か変数かを先に決める。

と書いてあれば動くのは だけ。ほかの文字は数と同じ扱いになる。

次数が 1 段ずつ落ちる

微分をくり返すと、次数が 1 段ずつ下がっていきます。 次から始めれば 回で に着く。

数学 II では 1 回しか微分しませんが、次数の落ち方を見ておくと計算の見当がつきます。

係数は 、、、 と増えます。 で、階乗になっている。

微分係数まで出す

導関数が出たら、あとは代入するだけです。

の における微分係数を求めます。

なので です。

の なら、 から になります。

関数導関数 での値

計算を確かめる

答えが出たら、次数を見ます。 次だった式は 次になっているはずです[3]。

次式を微分して 次式が出てきたら、肩を減らし忘れています。

定数項が残っているのもあやしい。もとの式の定数項は必ず消えます。

項の数も手がかりです。定数項があった式は、微分すると項が 1 つ減ります。

次数が 1 つ下がっているか。
もとの定数項が消えているか。
係数の掛け算をしたか。
分数の約分をしたか。

を と書いてしまう間違いは、掛け算を飛ばしたときに起きます。正しくは です。

の導関数はどれですか。

__RESULT__

、、 から 、定数の は消えます。3 つめは の係数に を掛け忘れた形にあたります。

展開が要る型も確かめます。

の における微分係数はいくつですか。

__RESULT__

展開すると で、導関数は 。 を入れて です。 は の値、 は の項の係数だけを見た値にあたります。

肩を降ろす、係数を掛ける、定数を落とす。この 3 つを項の数だけ繰り返せば計算は終わります。

参考文献

3.3 Differentiation Rules. Calculus Volume 1, OpenStax.
Nombre dérivé – Fonction dérivée. Maths-Cours.fr.
Josef Leydold. *Kapitel 7: Differentialrechnung*. Mathematik für VW, Wirtschaftsuniversität Wien.
$5x^4$ なら肩の 4 を前へ降ろして $5 \times 4 = 20$、肩を 1 減らして $20x^3$。多項式の微分はこの動作を項の数だけ繰り返すだけです。単項式、係数つき、分数と小数の係数、多項式、$(2x-1)^2$ のように展開してから当てる形、$ax^2 + bx + c$ の文字係数まで、答えつきで並べました。$x = 2$ を代入して微分係数まで出す例も入れています。答えが出たら次数が 1 つ下がっているか、もとの定数項が消えているかを見て確かめる。$\dfrac{1}{2}x^2$ を $\dfrac{1}{2}x$ と書く間違いは掛け算を飛ばしたときに起きます。