微分する関数のタイプを選び、係数を入力してください。下の数式は入力欄と連動していて、係数の部分を直接書き換えても計算できます。
このページでできること
- 数IIIの基本関数 \(a\sin bx\)・\(a\cos bx\)・\(a\tan bx\)・\(ae^{bx}\)・\(a\log bx\)・\(ax^{n}\) を、微分公式でその場で微分できます。\(n\) には分数・負の数も使えるので、\(\sqrt{x}\)(\(= x^{\frac{1}{2}}\))や \(\dfrac{1}{x}\)(\(= x^{-1}\))の微分もこのページでできます
- 指定した点 \(x_0\) での微分係数(その点での接線の傾き)も同時に計算。\(x_0\) には「pi/6」のように \(\pi\) の倍数が入力でき、\(\dfrac{\pi}{6}\)・\(\dfrac{\pi}{4}\) の倍数の有名角なら \(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\) のような厳密値で答えます
- 途中式は「公式 → 中身 \(bx\) の係数が前に出る → 係数 \(a\) を掛ける → 点を代入」という教科書の答案と同じ流れで表示します
- 計算機には手書きと同じ形の \(\dfrac{d}{dx}\) の式が表示され、係数の部分を直接書き換えて計算することもできます
- \(f(x)\) と \(f'(x)\) を重ねたグラフで、「もとの関数の接線の傾きを並べたものが導関数」という対応を目で見て確認できます
この計算は何の役に立つ?
音の波形や家庭用コンセントの交流電圧は、\(\sin\)・\(\cos\) の式で表されます。その式を微分すると「電圧や空気の圧力が、いま
どれくらいの速さで変わっているか」がわかり、\((\sin x)' = \cos x\) の公式がそのまま使われます。
交流回路でコンデンサに流れる電流が電圧の微分で決まるなど、電気の理論計算はこの公式の上に組み立てられています。
ばねに付けたおもりや振り子の位置は \(\sin\)(または \(\cos\))の式で表され、これを単振動といいます。位置の式を微分すると速度、もう一度微分すると加速度になり、\(\sin \to \cos \to -\sin\) と公式どおりに移り変わります。
「加速度が位置と逆向きに比例する」という単振動の性質は、\(\cos\) を2回微分するとマイナスが付いて自分に戻る、というこのページの公式そのものです。
細菌の数や体内の薬の濃度、放射性物質の量は、\(e^{bx}\) の形の式でモデル化されます。この式を微分すると \((e^{bx})' = be^{bx}\)、つまり「変化の速さが今の量に比例する」ことがわかります。
薬をどのくらいの間隔で飲むと濃度が保たれるか、放射性物質が半分に減るまで何年かかるか、といった計算はこの微分の関係が出発点です。
経済学では、生産量を1増やしたときの費用の増え方(限界費用)や、所得が1増えたときの満足度の増え方を、微分で表します。満足度が所得の \(\log\) でモデル化されることが多いのは、\((\log x)' = \dfrac{1}{x}\)——つまり「持っている量 \(x\) が大きいほど、同じ1単位の増加のありがたみが薄れる」という性質が実感に合うからです。
このモデルは保険やくじの選び方の理論(期待効用理論)の土台にもなっています。
半径 \(r\) の球の体積 \(\dfrac{4}{3}\pi r^{3}\) は、べき関数 \(r^{3}\) に係数を掛けた式です。これを微分公式 \((x^{n})' = nx^{n-1}\) で微分すると \(4\pi r^{2}\)、ちょうど球の表面積になります。「風船の半径を少しふくらませたとき、体積の増える速さ(半径 \(1\) あたりの増え方)はちょうど表面積に等しい」という関係が式で確かめられます。
設計や製造で「寸法が1%ずれると重さや容量がどれだけ変わるか」を見積もる感度の計算も、べき関数の微分がもとになっています。
式とグラフ
用語・記号の解説
記号
| \(f'(x)\) | エフダッシュエックス エフプライムエックス | \(f(x)\) の導関数。各点での接線の傾きを返す関数です。右上に付ける小さな斜めの棒(ダッシュ、またはプライム)は「微分したもの」の印で、\(f\) は function(関数)の頭文字です。 |
| \(\dfrac{d}{dx}\) | ディーディーエックス | 「\(x\) で微分する」ことを表す記号。\(d\) は「差」を表す difference(ラテン語の differentia)の頭文字に由来するといわれ、「ごくわずかな変化」を意味します。この計算機の数式入力欄にも、この形で表示されます。 |
| \(x_0\) | エックスゼロ | 微分係数を求める点の \(x\) 座標。「注目している特定の1点」を表すために、変数 \(x\) に番号 \(0\) を添えて書く慣例です。 |
| \(\sin,\ \cos,\ \tan\) | サイン・コサイン・タンジェント | 三角関数。正弦(sine)・余弦(cosine)・正接(tangent)の頭の文字を取った記号です。微分すると \(\sin x \to \cos x\)、\(\cos x \to -\sin x\)、\(\tan x \to \dfrac{1}{\cos^{2} x}\) と互いに移り合います。 |
| \(e\) | イー | ネイピア数と呼ばれる約 \(2.718\) の定数。exponential(指数の)の頭文字に由来するといわれます。\(e^{x}\) は「微分しても変わらない」という際立った性質を持ち、この性質のおかげで微分積分の計算で主役になります。 |
| \(\log x\) | ログエックス | このページでは自然対数(\(e\) を底とする対数)。「\(e\) を何乗すると \(x\) になるか」を表します。数学IIIの教科書では底の \(e\) を省略して \(\log x\) と書くのが普通で、\(\ln x\)(natural logarithm のラテン語式の並びに由来するといわれます)と書く流儀もあります。 |
| \(x^{n}\) | エックスのエヌ乗 | \(x\) を \(n\) 乗したもの(べき乗)。回数を表す文字には number(数)の頭文字 \(n\) がよく使われます。数学IIIでは \(n\) が分数・負の数でもよく、\(\sqrt{x} = x^{\frac{1}{2}}\)、\(\dfrac{1}{x} = x^{-1}\) と書き直せます。 |
| \(\pi\) | パイ | 円周率(約 \(3.14\))。ラジアンで角度を測ると \(180^\circ = \pi\) となるため、\(\dfrac{\pi}{6} = 30^\circ\)、\(\dfrac{\pi}{4} = 45^\circ\) のように、角度が \(\pi\) の分数で表されます。 |
| \(\sqrt{\ }\) | ルート(根号) | 2乗するとその数になる正の数(平方根)。\(\sqrt{2} \fallingdotseq 1.414\)、\(\sqrt{3} \fallingdotseq 1.732\) は有名角の三角関数の値に登場します。root(根)の頭文字 r を変形した記号といわれます。 |
| \(\fallingdotseq\) | ほぼ等しい(近似) | 厳密には等しくないが、ほぼ等しいことを表す記号。このページでは、厳密値が √ や e を含む値になるとき、小数の近似値をこの記号で添えます。 |
用語
| 微分 | びぶん | 関数の変化の割合(グラフの接線の傾き)を求める計算。瞬間の速さ・変化の速さを式でつかむための道具で、高校では数学IIで多項式、数学IIIで三角関数・指数関数・対数関数まで広がります。 |
| 導関数 | どうかんすう | 関数 \(f(x)\) の各点での接線の傾きを返す関数 \(f'(x)\) のこと。「傾きの一覧表を関数の形にまとめたもの」とイメージできます。導関数を求めることを「微分する」といいます。 |
| 微分係数 | びぶんけいすう | 特定の1点 \(x = x_0\) での接線の傾き。導関数 \(f'(x)\) に \(x_0\) を代入した値 \(f'(x_0)\) で、答えは1つの数値になります。 |
| 接線 | せっせん | 曲線にある1点で触れる直線。その点の近くで曲線に最もよく沿う直線で、接線の傾きこそが微分係数です。 |
| 微分公式 | びぶんこうしき | 基本関数の導関数をまとめた公式の表。\((\sin x)' = \cos x\) のように「この関数を微分するとこうなる」という言い換えの規則で、このページの計算機はこの表に基づいて計算します。 |
| 合成関数 | ごうせいかんすう | 関数の中に別の関数が入った形。\(\sin 3x\) は「\(3\) 倍する」と「\(\sin\) を取る」の合成です。中身が \(bx\) の合成を微分すると、係数 \(b\) が前に出ます。 |
| ラジアン | ラジアン(弧度法) | 半径 \(1\) の円の弧の長さで角度を測る単位。\(180^\circ = \pi\) ラジアンです。三角関数の微分公式 \((\sin x)' = \cos x\) は、角度をラジアンで測っているときにだけ成り立ちます。 |
| 有名角 | ゆうめいかく | \(30^\circ\)(\(\dfrac{\pi}{6}\))・\(45^\circ\)(\(\dfrac{\pi}{4}\))・\(60^\circ\)(\(\dfrac{\pi}{3}\))とその倍数のように、三角関数の値を \(\dfrac{1}{2}\) や \(\dfrac{\sqrt{3}}{2}\) の形で厳密に書ける角のこと。教科書・入試の問題の多くはこの角で出題されます。 |
| 三角関数 | さんかくかんすう | \(\sin x\)・\(\cos x\)・\(\tan x\) など、角度から決まる値を返す関数。もとは直角三角形の辺の比から生まれ、波や振動を表すのに使われます。 |
| 指数関数 | しすうかんすう | \(y = 2^{x}\) や \(y = e^{x}\) のように、\(x\) が指数の位置にある関数。一定の割合で増え続ける(減り続ける)変化を表します。特に \(e^{x}\) は微分しても変わらない性質を持ちます。 |
| 対数関数 | たいすうかんすう | \(y = \log x\) のように「何乗すればその数になるか」を返す関数。指数関数の逆の対応で、大きくなるほど増え方がゆるやかになります。 |
| 自然対数 | しぜんたいすう | ネイピア数 \(e\)(約 \(2.718\))を底とする対数のこと。数学IIIでは \(\log x\) と書けば自然対数を指すのが普通です。微分すると \(\dfrac{1}{x}\) になります。 |
| ネイピア数 | ネイピアすう | \(e\) と書く約 \(2.718\) の定数。\(e^{x}\) が「微分しても変わらない」ように選ばれた特別な数で、利息の複利計算の極限からも現れます。 |
| べき関数 | べきかんすう | \(y = x^{n}\) の形の関数。「べき(冪)」は同じものを掛け合わせる回数、つまり右上に小さく書く指数のことです。数学IIIでは指数 \(n\) が分数・負の数まで広がり、\(\sqrt{x}\) や \(\dfrac{1}{x}\) もべき関数の仲間として扱えます。 |
| 定義域 | ていぎいき | 関数に入れてよい \(x\) の範囲。\(\log x\) や \(\sqrt{x}\) は \(x > 0\)、\(\dfrac{1}{x}\) は \(x \neq 0\)、\(\tan x\) は \(\cos x = 0\) になる点を除いた範囲でしか定義されません。微分係数を求める点もこの範囲に入っている必要があります。 |
| 弧度法 | こどほう | 角度をラジアンで測る方式。度数法(\(30^\circ\) など)に対して、半径 \(1\) の円の弧の長さで角度を表します。微分・積分では必ず弧度法を使います。 |
前提として理解しておくといいこと
このページの計算を「意味がわかって」使えるようになるために、前提として理解しておくといいことをまとめました。
つまずいたら、この表の内容に戻って復習するのが近道です。
| 関数とは何か(中学1〜2年) |
|
| 平方根と指数の拡張(中学3年〜高校 数学II) |
|
| 三角関数と弧度法(高校 数学II) |
|
| 指数関数・対数関数(高校 数学II) |
|
| 微分の基本(高校 数学II) |
|
Excelで計算する方法
| 係数 a | 2 |
| x の係数 b | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀(ラジアン) | =PI()/6 |
| 微分係数(a×b×COS(b×x₀)) | =B1*B2*COS(B2*B3) |
| 係数 a | 3 |
| x の係数 b | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 1 |
| 微分係数(a×b×EXP(b×x₀)) | =B1*B2*EXP(B2*B3) |
| 係数 a | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 4 |
| 微分係数(a÷x₀) | =B1/B2 |
| 係数 a | 3 |
| 指数 n | 0.5 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 4 |
| 微分係数(a×n×x₀^(n−1)) | =B1*B2*B3^(B2-1) |
1つ目の表は a sin bx の微分係数 ab cos bx₀ です。ExcelのCOS関数はラジアンで計算するので、30°の点は「=PI()/6」のようにπの式で入れます。a = 2・b = 2・x₀ = π/6 なら b×x₀ = π/3(60°)で cos が 0.5 になり、答えは 2×2×0.5 = 2 です。cos の微分係数(−ab sin bx₀)を求めるときは「=-B1*B2*SIN(B2*B3)」に、tan(ab÷cos²bx₀)は「=B1*B2/COS(B2*B3)^2」に書き換えてください。
2つ目の表は a eᵇˣ の微分係数で、3×2×e² ≒ 44.33 になります。3つ目の表は a log bx の微分係数で、答えは b によらず a÷x₀ = 2÷4 = 0.5 です。
4つ目の表は a xⁿ の微分係数 a×n×x₀ⁿ⁻¹ です。n = 0.5(√x)・x₀ = 4 なら 3×0.5×4^(−0.5) = 1.5÷2 = 0.75 になります。
Googleスプレッドシートで計算する方法
| 係数 a | 2 |
| x の係数 b | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀(ラジアン) | =PI()/6 |
| 微分係数(a×b×COS(b×x₀)) | =B1*B2*COS(B2*B3) |
| 係数 a | 3 |
| x の係数 b | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 1 |
| 微分係数(a×b×EXP(b×x₀)) | =B1*B2*EXP(B2*B3) |
| 係数 a | 2 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 4 |
| 微分係数(a÷x₀) | =B1/B2 |
| 係数 a | 3 |
| 指数 n | 0.5 |
| 微分係数を求める点 x₀ | 4 |
| 微分係数(a×n×x₀^(n−1)) | =B1*B2*B3^(B2-1) |
Pythonで計算する方法
import sympy as sp
x = sp.symbols('x')
# 微分する関数(例:f(x) = 2 sin 3x。
# sp.exp(2*x)・sp.log(x)・x**sp.Rational(1, 2) などに書き換えて使えます)
f = 2 * sp.sin(3 * x)
# 導関数 f'(x)
derivative = sp.diff(f, x)
print("f'(x) =", derivative)
# 微分係数(例:x0 = π/4 での接線の傾き。有名角なら厳密値で出ます)
x0 = sp.pi / 4
value_at = derivative.subs(x, x0)
print("f'(x0) =", sp.simplify(value_at))
数式記述言語(LaTeX等)での書き方(コピペ可)
(xⁿ)′ = nxⁿ⁻¹ / (sin x)′ = cos x / (cos x)′ = −sin x / (tan x)′ = 1/cos²x / (eˣ)′ = eˣ / (log x)′ = 1/x
(x^{n})' = nx^{n-1},\quad (\sin x)' = \cos x,\quad (\cos x)' = -\sin x,\quad (\tan x)' = \frac{1}{\cos^{2} x},\quad (e^{x})' = e^{x},\quad (\log x)' = \frac{1}{x}
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<mtable columnalign="left">
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<mtr><mtd><mrow>
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<mo>=</mo><mo>−</mo><mi>sin</mi><mi>x</mi>
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</mtable>
</math>
(x^n)' = n x^(n-1), (sin x)' = cos x, (cos x)' = -sin x, (tan x)' = 1/cos^2 x, (e^x)' = e^x, (log x)' = 1/x
{D[x^n, x], D[Sin[x], x], D[Cos[x], x], D[Tan[x], x], D[Exp[x], x], D[Log[x], x]}
diff(x^n, x); diff(sin(x), x); diff(cos(x), x); diff(tan(x), x); diff(exp(x), x); diff(ln(x), x);
diff(x^n, x), diff(sin(x), x), diff(cos(x), x), diff(tan(x), x), diff(exp(x), x), diff(log(x), x)
(x^n)′ = nx^(n−1), (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x, (tan x)′ = 1/cos^2 x, (e^x)′ = e^x, (log x)′ = 1/x
{a f(bx)}′ = ab f′(bx)
\left\{a\,f(bx)\right\}' = ab\,f'(bx)
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<mrow>
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<mo>=</mo><mi>a</mi><mi>b</mi>
<msup><mi>f</mi><mo>′</mo></msup><mo>(</mo><mi>b</mi><mi>x</mi><mo>)</mo>
</mrow>
</math>
(a f(bx))' = a b f'(bx)
D[a f[b x], x]
diff(a*f(b*x), x);
diff(a*f(b*x), x)
{a f(bx)}′ = ab f′(bx)
f'(x_0) = f'(x)\bigr|_{x = x_0}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msup><mi>f</mi><mo>′</mo></msup><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<msub><mrow><msup><mi>f</mi><mo>′</mo></msup><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo><mo>|</mo></mrow><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mrow></msub>
</mrow>
</math>
f'(x_0) = f'(x)|_(x = x_0)
D[f[x], x] /. x -> x0
eval(diff(f(x), x), x = x0);
subs(diff(f, x), x, x0)
f′(x₀) = f′(x)|_(x=x₀)
ChatGPT に聞いて計算してもらう方法
あなたは数学(微分積分)の計算アシスタントです。次の計算を、必ずPythonコードを実際に実行して行い、実行結果だけを根拠に回答してください(暗算や推測で答えないでください)。 関数 f(x) = 2 sin 3x について、次の内容をそれぞれ示してください。 1. 導関数 f'(x) 2. x = π/4 での微分係数(√を使った厳密値と小数の近似値の両方) 3. 途中の考え方:どの微分公式を使い、なぜ係数が前に出るのか Pythonでは sympy ライブラリ(diff・subs)を使って計算し、計算に使ったコードと実行結果を示してください。
計算ドリル(演習問題)
このページの微分公式を、自分の手で使えるようになるための演習問題です。
答えと解説は解答ページにあります。
使い方
-
1数値を入力計算したい数値を入力欄に入力します
-
2計算「計算する」ボタンを押します
-
3結果を確認計算結果がその場に表示されます。計算の考え方や式の解説も同じページで確認できます
DataChefの特徴
専門知識不要、直感的で簡単な操作
個人情報を登録することなく使用できます
「ダウンロード」押下でファイルを自動削除
クレジット表記不要
商用利用許諾の連絡も不要です
