p95095yy
@p95095yy

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y=1/g(f)の微分について

Q&A

Closed

解決したいこと

$ y=\frac{1}{g(x)}$ の微分、$ y^\prime = \frac{-g^\prime(x)}{g(x)^2}$ を求めるときの考え方がわかりません。

よろしくおねがいします。

発生している問題・エラー

以下の求め方の最後の極限の部分がわかりません。

求め方

傾きは以下で求まることは理解できました。

\begin{align}

\frac{\frac{1}{g(x+\Delta x)}-\frac{1}{g(x)}}{\Delta x} 
&=\frac{\frac{g(x)-g(x+\Delta x)}{g(x+\Delta x)\cdot g(x)}}{\Delta x}\\ \\

&=\frac{\{g(x)-g(x+\Delta x)\} \cdot \frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)}}{\Delta x}\\ \\

&= \frac{ \{ g(x) - g(x+\Delta x)  \} }{\Delta x} \cdot \frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)} \\\\

&= - 
 \frac{ \{ g(x+\Delta x) - g(x) \} }{\Delta x}
\cdot 
  \frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)} 

 \end{align}

$\Delta x$を限りなく0に近づけるのもわからなくはないです。

\lim_{\Delta x \to 0} - \underbrace{
 \frac{ \{ g(x+\Delta x) - g(x) \} }{\Delta x}
}_{A} 
\cdot 
\underbrace{
  \frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)} 
}_{B}

わからないのはこの後の部分です。

$A$ の部分の $\frac{g(x+\Delta x)-g(x) }{\Delta x}$ は、$g(x)$に対する微分の形をしているため$g^\prime(x)$ になる。

また、$B$の部分の$\frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)}$ は、$\Delta x$が0に近づくとき$\frac{1}{g(x)^2 }$となる。

したがって、$ y=\frac{1}{g(x)}$ の微分は、$ y^\prime = -g^\prime(x) \cdot \frac{1}{g(x)^2} = \frac{-g^\prime(x)}{g(x)^2}$ となる。

わからないこと

$B$の $\frac{1}{g(x+\Delta x) \cdot g(x)}$ は、あたかも$\Delta x$が0になったかのように$\frac{1}{g(x)^2 }$にしているのに、

$A$の $\frac{g(x+\Delta x)-g(x) }{\Delta x}$ は、 $\frac{ { g(x+0) - g(x) } }{\Delta x} = 0$ とはならない理由がわかりません。

自分で試したこと

Webで色々調べましたが、腑に落とすことができませんでした。

よろしくおねがいします。

0

2Answer

数学に詳しくないので的外れかもしれませんが……

$g'(x)=\frac{g(x+\Delta x)-g(x)}{\Delta x}$は理解できますか?

あと$\frac{g(x+\Delta x)-g(x)}{\Delta x}$で$\Delta x\to0$にしたら分母も0になってしまいます。

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Comments

  1. @p95095yy

    Questioner

    ⊿xを0にすると、分母も0になってしまうのは見落としていました。
    ただ、質問文のB側は⊿xを0扱いしているようで、その差がうまく理解できていません。
    回答ありがとうございます。
  2. Aは分母も分子も0になってしまうので極限を取れませんが、Bは極限を取れるということです。
  3. @p95095yy

    Questioner

    極限が取れるものと取れないものの差、
    というように理解しました。
    ありがとうございました。

$1/g(x)$ の微分を理解するには,$g(x)$ の微分を理解しておく必要があります.(おそらく大抵の人は,前者について説明するとき,読者が後者を既に理解しているという前提で書きます.)

後者を理解していれば,

A の $\frac{g(x + \Delta x) - g(x)}{\Delta x}$ は、$\frac{g(x+0)−g(x)}{\Delta x} = 0$ とはならない理由がわかりません。

という部分では引っ掛からない気がします.したがって,まずは $g(x)$ の微分を理解することが先決になると思います.

$g(x)$ の微分(導関数)は次のように定義されます:

g'(x) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{g(x + \Delta x) - g(x)}{\Delta x}

右辺の分数について $\Delta x = 0$ のときを考えると,分子・分母がともにゼロとなるので,このままでは極限を求められません.このような形を不定形と呼びます.質問にある $A$ の式も不定形です.($B$ の式は不定形ではないので,素直に $\Delta x = 0$ を当てはめれば極限が得られます.)

$g(x)$ に具体的な関数を当てはめたとき,$\Delta x$ が約分されるなどして不定形が解消され,極限を求められることがあります.例えば $g(x) = x^2$ を当てはめると

\begin{align}
g'(x) &= \lim_{\Delta x \to 0} \frac{(x + \Delta x)^2 - x^2}{\Delta x} \\
      &= \lim_{\Delta x \to 0} \frac{2x \Delta x + (\Delta x)^2}{\Delta x} \\
      &= \lim_{\Delta x \to 0} (2x + \Delta x) \\
      &= 2x + 0 \\
      &= 2x
\end{align}

となります.(これは $(g(x + \Delta x) - g(x))/\Delta x$ の極限値が必ずしもゼロにはならないという具体例にもなっています.)

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Comments

  1. @p95095yy

    Questioner

    AとBの扱いの差は「不定形」か否か、
    と理解しました。
    あと、もう一度普通の微分をおさらいします。
  2. @p95095yy

    Questioner

    詳細な説明ありがとうございます。
    g(x) =x²の例がわかりやすかったです。

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