微分とは?公式・やり方・例題をわかりやすく解説【高校数学】
微分とは?
微分とは、関数の「変化の割合(傾き)」を、限りなく短い区間で求める操作のことです。グラフ上のある点における接線の傾きを表し、物理や経済など多くの分野で「今どのくらいの速さで変化しているか」を知るために使われます。
微分の定義・公式
関数 f(x) の微分(導関数)は、次のように定義されます。
f'(x) = lim(h→0) {f(x+h)-f(x)} / h
これは「xがほんの少し(h)だけ増えたときに、f(x)がどれだけ増えるか」を表す式です。
実際の計算では、以下の公式をそのまま使うのが基本です。
| 関数 | 導関数 |
|---|---|
| f(x) = x^n | f'(x) = n・x^(n-1) |
| f(x) = 定数 | f'(x) = 0 |
| f(x) = k・g(x) | f'(x) = k・g'(x) |
| f(x) = g(x)+h(x) | f'(x) = g'(x)+h'(x) |
x^n の微分は「指数を前に下ろして、指数を1減らす」(n・x^(n-1))と覚えると計算が速くなります。
微分の例題と解き方
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例題①(基本):f(x) = x^3 を微分せよ。
x^n の公式より、f'(x) = 3・x^(3-1) = 3x^2 -
例題②(応用):f(x) = 2x^3 - 4x^2 + 5x - 1 を微分せよ。
各項を分けて計算する。
f'(x) = 2×3x^2 - 4×2x + 5 + 0 = 6x^2 - 8x + 5 -
例題③(入試レベル):f(x) = x^3 - 3x が x = 1 で増加しているか減少しているかを調べよ。
f'(x) = 3x^2 - 3。x = 1 を代入すると f'(1) = 3-3 = 0(接線が水平=極値の候補)。
微分の覚え方・つまずきポイント
- 「指数を前に、指数から1引く」をリズムで覚える(例:x^4 → 4x^3)
- 定数項(数字だけの項)を微分すると必ず0になる(傾きがないため)
- f'(x) = 0 になる点は「接線が水平」=グラフの頂点や谷(極大・極小)の候補になる
- 微分と積分を混同しやすい。微分は「傾きを求める」、積分は「面積を求める」と対で覚える
微分の関連公式・定理
| 公式名 | 内容 | 適用場面 |
|---|---|---|
| 積の微分 | (fg)’ = f’g + fg’ | 2つの関数の積を微分するとき |
| 商の微分 | (f/g)’ = (f’g-fg’)/g^2 | 分数関数を微分するとき |
| 合成関数の微分 | {f(g(x))}’ = f'(g(x))・g'(x) | かっこの中に別の関数が入っているとき |
微分が出る試験問題パターン
- 接線の方程式を求める問題:ある点での傾き(微分係数)を求め、直線の式に代入する
- 関数の増減・極値を求める問題:f'(x) = 0 になるxを求め、前後の符号で増減表を作る
- グラフの最大値・最小値を求める問題:増減表から山(極大)・谷(極小)を特定する
よくある質問(FAQ)
Q1. 微分をわかりやすく教えてください。
A1. ある瞬間の「変化の速さ・傾き」を数式で表す方法です。グラフの、ある一点だけを見て「そこがどれくらい急な坂か」を計算します。
Q2. 微分はどんな問題に使いますか?
A2. 接線の方程式を求める問題、関数の増減や最大・最小を求める問題、物理の速度・加速度の計算などに使います。
Q3. 微分で間違えやすいポイントは?
A3. 定数項の微分を0にし忘れる、指数を下ろすときに「1減らす」のを忘れる、といったミスが多いです。1つずつの項に丁寧に公式を当てはめることが対策になります。
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