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陰関数(楕円)の微分を求める問題

◆第問目!

【 数Ⅲ : 難易度 ★ 】
 次の方程式において\(\displaystyle\hspace{1pt}\frac{dy}{dx}\hspace{1pt}\)を求めよ $${\displaystyle \frac{x^2}{9} +\frac{y^2}{4} =1}$$

問題の方程式の両辺を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)について微分して\(\displaystyle\hspace{1pt}\frac{dy}{dx}\hspace{1pt}\)を求めます。

方程式に含まれる\(\hspace{1pt}y^2\hspace{1pt}\)を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)について微分するときは、合成関数の微分から $$\begin{aligned} \frac{d (y^2 )}{dx} & = \frac{d(y^2)}{dy}\frac{dy}{dx}\\[0.8em] &= 2y \frac{dy}{dx} \\[0.5em] \end{aligned}$$ となります。

つまり、『\(\hspace{1pt}y^2\hspace{1pt}\)を\(\hspace{1pt}y\hspace{1pt}\)で微分した\(\displaystyle\hspace{1pt}\frac{d(y^2)}{dy}\hspace{1pt}\)』と『\(\hspace{1pt}y\hspace{1pt}\)を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)で微分した\(\displaystyle\hspace{1pt}\frac{dy}{dx}\hspace{1pt}\)』の積として計算します。

【解答のポイント】
問題の方程式の両辺を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)について微分して\(\displaystyle\hspace{1pt}\frac{dy}{dx}\hspace{1pt}\)を求めます。

方程式に含まれる\(\hspace{1pt}y^2\hspace{1pt}\)を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)について微分するときは、合成関数の微分から $$\begin{aligned} \frac{d (y^2 )}{dx} & = \frac{d(y^2)}{dy}\frac{dy}{dx}\\[0.8em] &= 2y \frac{dy}{dx} \\[0.5em] \end{aligned}$$ となります。

【解答】
問題の方程式 $${\frac{x^2}{9} +\frac{y^2}{4} =1}$$ の両辺を\(\hspace{1pt}x\hspace{1pt}\)について微分すると

$$\begin{aligned} \hspace{10pt} \frac{1}{9}\cdot 2x + \frac{1}{4} \cdot 2y \cdot \frac{dy}{dx} & = 0\hspace{10pt}\\[0.5em] \hspace{10pt} \frac{2x}{9} + \frac{y}{2} \frac{dy}{dx} & = 0\hspace{10pt}\\[0.5em] \end{aligned}$$

すなわち

\(y \neq 0\hspace{1pt}\)のとき $${\frac{dy}{dx} = -\frac{4x}{9y}}$$

となります。

出題範囲】 【難易度



 




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