東邦大学/2023年度/一般

10東邦大学 2023年 数学 第10問解答・解説

微分法

1問題

東邦大学2023年度第10問
共通指示:問題は1から10までの10問です。解答は解答用マークシートに記入してください。問題の文中の アイ\text{アイ}、ウエオ\text{ウエオ} などには、符号 (-)、または数字 (0∼9)(0\sim9) が入ります。ア、イ、ウ、…の一つひとつは、これらのいずれか一つに対応します。それらを解答用マークシートのア、イ、ウ、…で示された解答欄にマークして答えなさい。分数形で解答する場合は、それ以上約分できない形で答えなさい。また、符号は分子につけ、分母につけてはいけません。根号を含む形で解答する場合は、根号の中に現れる自然数が最小となる形で答えなさい。
10 対数は自然対数とする。関数 f(x)=(sin⁡x+cos⁡x)5sin⁡x+5cos⁡x+log⁡(sin⁡x+cos⁡x)f(x)=(\sin x+\cos x)^{5\sin x+5\cos x+\log(\sin x+\cos x)} について、f′(π2)=サシf'\left(\frac{\pi}{2}\right)=\boxed{\text{サシ}}、f′′(π2)=スセf''\left(\frac{\pi}{2}\right)=\boxed{\text{スセ}} である。

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

u=sin⁡x+cos⁡xu=\sin x+\cos x とおく。x=π/2x=\pi/2 の近くでは u>0u>0 だから対数をとることができる。F=log⁡fF=\log f とおくと
F=(5u+log⁡u)log⁡u=5ulog⁡u+(log⁡u)2. F=(5u+\log u)\log u=5u\log u+(\log u)^2.
uu の関数として微分すれば
Fu=5(log⁡u+1)+2log⁡uu,Fuu=5u+2(1−log⁡u)u2. F_u=5(\log u+1)+\frac{2\log u}{u},\qquad F_{uu}=\frac5u+\frac{2(1-\log u)}{u^2}.
したがって u=1u=1 では F=0F=0、Fu=5F_u=5、Fuu=7F_{uu}=7。また
u(π2)=1,u′(π2)=−1,u′′(π2)=−1. u\left(\frac\pi2\right)=1,\quad u'\left(\frac\pi2\right)=-1, \quad u''\left(\frac\pi2\right)=-1.
合成関数の微分より F′(π/2)=Fuu′=−5F'(\pi/2)=F_u u'=-5、
F′′(π2)=Fuu(u′)2+Fuu′′=7−5=2. F''\left(\frac\pi2\right)=F_{uu}(u')^2+F_u u''=7-5=2.
f=eFf=e^F なので f′=fF′f'=fF'、f′′=f{(F′)2+F′′}f''=f\{(F')^2+F''\}。ここで f(π/2)=eF=1f(\pi/2)=e^{F}=1 より
f′(π2)=−5,f′′(π2)=(−5)2+2=27. f'\left(\frac\pi2\right)=-5,\qquad f''\left(\frac\pi2\right)=(-5)^2+2=27.

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

この問題で使う考え方

  • 三角関数の微分
  • 指数・対数関数の微分
  • 合成関数の微分
  • 第二次導関数

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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