$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right)$$$ を求めよ

$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right)$$$ を求めよ。

一階導関数 $$$\frac{d}{dx} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right)$$$ を求めよ

和/差の導関数は、導関数の和/差である:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sqrt{x}\right) + \frac{d}{dx} \left(\frac{5}{\sqrt{x}}\right)\right)}$$

冪法則 $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ を $$$n = \frac{1}{2}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sqrt{x}\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(\frac{5}{\sqrt{x}}\right) = {\color{red}\left(\frac{1}{2 \sqrt{x}}\right)} + \frac{d}{dx} \left(\frac{5}{\sqrt{x}}\right)$$

定数倍の法則 $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ を $$$c = 5$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{\sqrt{x}}$$$ に対して適用します:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{5}{\sqrt{x}}\right)\right)} + \frac{1}{2 \sqrt{x}} = {\color{red}\left(5 \frac{d}{dx} \left(\frac{1}{\sqrt{x}}\right)\right)} + \frac{1}{2 \sqrt{x}}$$

冪法則 $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ を $$$n = - \frac{1}{2}$$$ に対して適用する:

$$5 {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{1}{\sqrt{x}}\right)\right)} + \frac{1}{2 \sqrt{x}} = 5 {\color{red}\left(- \frac{1}{2 x^{\frac{3}{2}}}\right)} + \frac{1}{2 \sqrt{x}}$$

簡単化せよ:

$$\frac{1}{2 \sqrt{x}} - \frac{5}{2 x^{\frac{3}{2}}} = \frac{x - 5}{2 x^{\frac{3}{2}}}$$

したがって、$$$\frac{d}{dx} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right) = \frac{x - 5}{2 x^{\frac{3}{2}}}$$$。

次に、$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right) = \frac{d}{dx} \left(\frac{x - 5}{2 x^{\frac{3}{2}}}\right)$$$

定数倍の法則 $$$\frac{d}{dx} \left(c f{\left(x \right)}\right) = c \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right)$$$ を $$$c = \frac{1}{2}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{x - 5}{x^{\frac{3}{2}}}$$$ に対して適用します:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{x - 5}{2 x^{\frac{3}{2}}}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{\frac{d}{dx} \left(\frac{x - 5}{x^{\frac{3}{2}}}\right)}{2}\right)}$$

$$$f{\left(x \right)} = x - 5$$$ と $$$g{\left(x \right)} = x^{\frac{3}{2}}$$$ 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：

$$\frac{{\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\frac{x - 5}{x^{\frac{3}{2}}}\right)\right)}}{2} = \frac{{\color{red}\left(\frac{\frac{d}{dx} \left(x - 5\right) x^{\frac{3}{2}} - \left(x - 5\right) \frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)}{\left(x^{\frac{3}{2}}\right)^{2}}\right)}}{2}$$

和/差の導関数は、導関数の和/差である:

$$\frac{x^{\frac{3}{2}} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x - 5\right)\right)} - \left(x - 5\right) \frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)}{2 x^{3}} = \frac{x^{\frac{3}{2}} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right) - \frac{d}{dx} \left(5\right)\right)} - \left(x - 5\right) \frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)}{2 x^{3}}$$

定数の導数は$$$0$$$です:

$$\frac{x^{\frac{3}{2}} \left(- {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(5\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(x\right)\right) - \left(x - 5\right) \frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)}{2 x^{3}} = \frac{x^{\frac{3}{2}} \left(- {\color{red}\left(0\right)} + \frac{d}{dx} \left(x\right)\right) - \left(x - 5\right) \frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)}{2 x^{3}}$$

冪法則 $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ を $$$n = \frac{3}{2}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x^{\frac{3}{2}} \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x - 5\right) {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x^{\frac{3}{2}}\right)\right)}}{2 x^{3}} = \frac{x^{\frac{3}{2}} \frac{d}{dx} \left(x\right) - \left(x - 5\right) {\color{red}\left(\frac{3 \sqrt{x}}{2}\right)}}{2 x^{3}}$$

$$$n = 1$$$ 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 $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$\frac{x^{\frac{3}{2}} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} - \frac{3 \sqrt{x} \left(x - 5\right)}{2}}{2 x^{3}} = \frac{x^{\frac{3}{2}} {\color{red}\left(1\right)} - \frac{3 \sqrt{x} \left(x - 5\right)}{2}}{2 x^{3}}$$

簡単化せよ:

$$\frac{x^{\frac{3}{2}} - \frac{3 \sqrt{x} \left(x - 5\right)}{2}}{2 x^{3}} = \frac{15 - x}{4 x^{\frac{5}{2}}}$$

したがって、$$$\frac{d}{dx} \left(\frac{x - 5}{2 x^{\frac{3}{2}}}\right) = \frac{15 - x}{4 x^{\frac{5}{2}}}$$$。

したがって、$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(\sqrt{x} + \frac{5}{\sqrt{x}}\right) = \frac{15 - x}{4 x^{\frac{5}{2}}}$$$。