-光と光学に関連する用語の解説サイト-

x^nの導関数を定義に従って求める

◆第問目!

【 数Ⅲ : 難易度 ★★★ 】
 次の導関数を定義に従って求めよ
 ただし、\(n\hspace{1pt}\)は自然数とする
$${\large y=x^n}$$

関数\({f(x)}\)の導関数\(\hspace{1pt}f'(x)\hspace{1pt}\)は以下の式から計算します。 $$\displaystyle{f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}}$$

また、計算には以下の二項定理を使用します。

$${\hspace{10pt}(a+b)^n = {}_n C_0 a^n + {}_n C_1 a^{n-1}b + {}_n C_2 a^{n-2}b^2 + \cdots + {}_n C_n b^n \hspace{10pt}}$$

【解答】

導関数の定義 $${f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}}$$ から

$$\begin{aligned} \hspace{10pt}y' & =\lim_{h \to 0}\frac{(x+h)^n-x^n}{h}\\[1em] & =\lim_{h \to 0}\frac{1}{h}( {}_n C_0 x^n + {}_n C_1 x^{n-1}h + {}_n C_2 x^{n-2}h^2 + \cdots + {}_n C_n h^n -x^n )\hspace{10pt}\\[1em] & =\lim_{h \to 0}\frac{1}{h}( {}_n C_1 x^{n-1}h + {}_n C_2 x^{n-2}h^2 + \cdots + {}_n C_n h^n )\hspace{10pt}\\[1em] & =\lim_{h \to 0}( {}_n C_1 x^{n-1} + {}_n C_2 x^{n-2}h + \cdots + {}_n C_n h^{n-1} )\hspace{10pt}\\[1em] & = {}_n C_1 x^{n-1} \hspace{10pt}\\[1em] & = n x^{n-1} \hspace{10pt}\\[0.5em] \end{aligned}$$

となります。

したがって、\(\displaystyle {y=x^n}\) の導関数は \(\displaystyle{y'= n x^{n-1}}\) と求められます。

【関連するページ】
導関数の定義

出題範囲】 【難易度



 




Copyright (c) 光学技術の基礎用語 All Rights Reserved.