微分積分例

$y = e^{x} \sqrt{x^{2} + 1}$

ステップ 1

$\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ を利用し、 $\sqrt{x^{2} + 1}$ を ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ に書き換えます。

$y = e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$

ステップ 2

方程式の両辺を微分します。

$\frac{d}{d x} (y) = \frac{d}{d x} (e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}})$

ステップ 3

$x$ に関する $y$ の微分係数は $y'$ です。

$y'$

ステップ 4

方程式の右辺を微分します。

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ステップ 4.1

$f (x) = e^{x}$ および $g (x) = {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ のとき、 $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ は $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ であるという積の法則を使って微分します。

$e^{x} \frac{d}{d x} [{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}] + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.2

$f (x) = x^{\frac{1}{2}}$ および $g (x) = x^{2} + 1$ のとき、 $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ は $f' (g (x)) g' (x)$ であるという連鎖律を使って微分します。

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ステップ 4.2.1

連鎖律を当てはめるために、 $u$ を $x^{2} + 1$ とします。

$e^{x} (\frac{d}{d u} [u^{\frac{1}{2}}] \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.2.2

$n = \frac{1}{2}$ のとき、 $\frac{d}{d u} [u^{n}]$ は $n u^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$e^{x} (\frac{1}{2} u^{\frac{1}{2} - 1} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.2.3

$u$ のすべての発生を $x^{2} + 1$ で置き換えます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2} - 1} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.3

$- 1$ を公分母のある分数として書くために、 $\frac{2}{2}$ を掛けます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2} - 1 \cdot \frac{2}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.4

$- 1$ と $\frac{2}{2}$ をまとめます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2} + \frac{- 1 \cdot 2}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.5

公分母の分子をまとめます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1 - 1 \cdot 2}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.6

分子を簡約します。

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ステップ 4.6.1

$- 1$ に $2$ をかけます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1 - 2}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.6.2

$1$ から $2$ を引きます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{\frac{- 1}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7

微分します。

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ステップ 4.7.1

分数の前に負数を移動させます。

$e^{x} (\frac{1}{2} {(x^{2} + 1)}^{- \frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.2

分数をまとめます。

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ステップ 4.7.2.1

$\frac{1}{2}$ と ${(x^{2} + 1)}^{- \frac{1}{2}}$ をまとめます。

$e^{x} (\frac{{(x^{2} + 1)}^{- \frac{1}{2}}}{2} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.2.2

負の指数法則 $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ を利用して ${(x^{2} + 1)}^{- \frac{1}{2}}$ を分母に移動させます。

$e^{x} (\frac{1}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.2.3

$\frac{1}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ と $e^{x}$ をまとめます。

$\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1] + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.3

総和則では、 $x^{2} + 1$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]$ です。

$\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} (\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.4

$n = 2$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} (2 x + \frac{d}{d x} [1]) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.5

$1$ は $x$ について定数なので、 $x$ について $1$ の微分係数は $0$ です。

$\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} (2 x + 0) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.6

項を簡約します。

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ステップ 4.7.6.1

$2 x$ と $0$ をたし算します。

$\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} (2 x) + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.6.2

$2$ と $\frac{e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ をまとめます。

$\frac{2 e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} x + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.6.3

$\frac{2 e^{x}}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ と $x$ をまとめます。

$\frac{2 e^{x} x}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.6.4

共通因数を約分します。

$\frac{2 e^{x} x}{2 {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.7.6.5

式を書き換えます。

$\frac{e^{x} x}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} \frac{d}{d x} [e^{x}]$

ステップ 4.8

$a$ = $e$ のとき、 $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ は $a^{x} \ln (a)$ であるという指数法則を使って微分します。

$\frac{e^{x} x}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} e^{x}$

ステップ 4.9

${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ と $e^{x}$ を並べ替えます。

$\frac{x e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$

ステップ 4.10

$e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ を公分母のある分数として書くために、 $\frac{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ を掛けます。

$\frac{x e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}} + \frac{e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.11

公分母の分子をまとめます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.12

指数を足して ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ に ${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ を掛けます。

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ステップ 4.12.1

${(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}$ を移動させます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} ({(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}})}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.12.2

べき乗則 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ を利用して指数を組み合わせます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2} + \frac{1}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.12.3

公分母の分子をまとめます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{1 + 1}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.12.4

$1$ と $1$ をたし算します。

$\frac{x e^{x} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{\frac{2}{2}}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.12.5

$2$ を $2$ で割ります。

$\frac{x e^{x} + e^{x} {(x^{2} + 1)}^{1}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.13

$e^{x} {(x^{2} + 1)}^{1}$ を簡約します。

$\frac{x e^{x} + e^{x} (x^{2} + 1)}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.14

簡約します。

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ステップ 4.14.1

分配則を当てはめます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} x^{2} + e^{x} \cdot 1}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.14.2

分子を簡約します。

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ステップ 4.14.2.1

$e^{x}$ に $1$ をかけます。

$\frac{x e^{x} + e^{x} x^{2} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.14.2.2

$x e^{x} + e^{x} x^{2} + e^{x}$ の因数を並べ替えます。

$\frac{x e^{x} + x^{2} e^{x} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.14.3

項を並べ替えます。

$\frac{e^{x} x + e^{x} x^{2} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 4.14.4

$\frac{e^{x} x + e^{x} x^{2} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$ の因数を並べ替えます。

$\frac{x e^{x} + x^{2} e^{x} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 5

左辺と右辺を等しくし、式を作り変えます。

$y' = \frac{x e^{x} + x^{2} e^{x} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

ステップ 6

$y'$ を $\frac{d y}{d x}$ で置き換えます。

$\frac{d y}{d x} = \frac{x e^{x} + x^{2} e^{x} + e^{x}}{{(x^{2} + 1)}^{\frac{1}{2}}}$

微分積分 例

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