$$$\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)$$$の導関数

この計算機は、手順を示しながら $$$\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)$$$ の導関数を求めます。

関連する計算機: 対数微分計算機, 陰関数微分計算機(手順付き)

自動検出のため、空欄のままにしてください。
特定の点での導関数の値が不要な場合は、空欄のままにしてください。

計算機が計算を実行できなかった場合、エラーを見つけた場合、またはご提案・フィードバックがある場合は、お問い合わせください

入力内容

$$$\frac{d}{dx} \left(\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right)$$$ を求めよ。

解答

関数$$$\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)$$$は、2つの関数$$$f{\left(u \right)} = \ln\left(u\right)$$$$$$g{\left(x \right)} = \frac{x + 1}{1 - x}$$$の合成$$$f{\left(g{\left(x \right)} \right)}$$$である。

連鎖律 $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(g{\left(x \right)} \right)}\right) = \frac{d}{du} \left(f{\left(u \right)}\right) \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$ を適用する:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\ln\left(u\right)\right) \frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right)}$$

自然対数の導関数は $$$\frac{d}{du} \left(\ln\left(u\right)\right) = \frac{1}{u}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(\ln\left(u\right)\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right) = {\color{red}\left(\frac{1}{u}\right)} \frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)$$

元の変数に戻す:

$$\frac{\frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)}{{\color{red}\left(u\right)}} = \frac{\frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)}{{\color{red}\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)}}$$

$$$f{\left(x \right)} = x + 1$$$$$$g{\left(x \right)} = 1 - x$$$ に対して商の微分法則 $$$\frac{d}{dx} \left(\frac{f{\left(x \right)}}{g{\left(x \right)}}\right) = \frac{\frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right) g{\left(x \right)} - f{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)}{g^{2}{\left(x \right)}}$$$ を適用する:

$$\frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right)}}{x + 1} = \frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(\frac{\frac{d}{dx} \left(x + 1\right) \left(1 - x\right) - \left(x + 1\right) \frac{d}{dx} \left(1 - x\right)}{\left(1 - x\right)^{2}}\right)}}{x + 1}$$

和/差の導関数は、導関数の和/差である:

$$\frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x + 1\right)\right)} - \left(x + 1\right) \frac{d}{dx} \left(1 - x\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = \frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right) + \frac{d}{dx} \left(1\right)\right)} - \left(x + 1\right) \frac{d}{dx} \left(1 - x\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)}$$

定数の導数は$$$0$$$です:

$$\frac{\left(1 - x\right) \left({\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(x\right)\right) - \left(x + 1\right) \frac{d}{dx} \left(1 - x\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = \frac{\left(1 - x\right) \left({\color{red}\left(0\right)} + \frac{d}{dx} \left(x\right)\right) - \left(x + 1\right) \frac{d}{dx} \left(1 - x\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)}$$

和/差の導関数は、導関数の和/差である:

$$\frac{\left(1 - x\right) \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x + 1\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1 - x\right)\right)}}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = \frac{\left(1 - x\right) \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x + 1\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1\right) - \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)}$$

定数の導数は$$$0$$$です:

$$\frac{\left(1 - x\right) \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x + 1\right) \left({\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(1\right)\right)} - \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = \frac{\left(1 - x\right) \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x + 1\right) \left({\color{red}\left(0\right)} - \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)}$$

$$$n = 1$$$ を用いて冪法則 $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ を適用すると、すなわち $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$\frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} + \left(x + 1\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = \frac{\left(1 - x\right) {\color{red}\left(1\right)} + \left(x + 1\right) {\color{red}\left(1\right)}}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)}$$

簡単化せよ:

$$\frac{2}{\left(1 - x\right) \left(x + 1\right)} = - \frac{2}{x^{2} - 1}$$

したがって、$$$\frac{d}{dx} \left(\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right) = - \frac{2}{x^{2} - 1}$$$

解答

$$$\frac{d}{dx} \left(\ln\left(\frac{x + 1}{1 - x}\right)\right) = - \frac{2}{x^{2} - 1}$$$A