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$$$e^{4 x}$$$ の二階導関数
入力内容
$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(e^{4 x}\right)$$$ を求めよ。
解答
一階導関数 $$$\frac{d}{dx} \left(e^{4 x}\right)$$$ を求めよ
関数$$$e^{4 x}$$$は、2つの関数$$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$と$$$g{\left(x \right)} = 4 x$$$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:
$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(e^{4 x}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) \frac{d}{dx} \left(4 x\right)\right)}$$指数関数の微分は$$$\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) = e^{u}$$$です:
$${\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(4 x\right) = {\color{red}\left(e^{u}\right)} \frac{d}{dx} \left(4 x\right)$$元の変数に戻す:
$$e^{{\color{red}\left(u\right)}} \frac{d}{dx} \left(4 x\right) = e^{{\color{red}\left(4 x\right)}} \frac{d}{dx} \left(4 x\right)$$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 $$$c = 4$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x$$$ に対して適用します:
$$e^{4 x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(4 x\right)\right)} = e^{4 x} {\color{red}\left(4 \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}$$$$$n = 1$$$ 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 $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:
$$4 e^{4 x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} = 4 e^{4 x} {\color{red}\left(1\right)}$$したがって、$$$\frac{d}{dx} \left(e^{4 x}\right) = 4 e^{4 x}$$$。
次に、$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(e^{4 x}\right) = \frac{d}{dx} \left(4 e^{4 x}\right)$$$
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 $$$c = 4$$$ と $$$f{\left(x \right)} = e^{4 x}$$$ に対して適用します:
$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(4 e^{4 x}\right)\right)} = {\color{red}\left(4 \frac{d}{dx} \left(e^{4 x}\right)\right)}$$関数$$$e^{4 x}$$$は、2つの関数$$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$と$$$g{\left(x \right)} = 4 x$$$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:
$$4 {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(e^{4 x}\right)\right)} = 4 {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) \frac{d}{dx} \left(4 x\right)\right)}$$指数関数の微分は$$$\frac{d}{du} \left(e^{u}\right) = e^{u}$$$です:
$$4 {\color{red}\left(\frac{d}{du} \left(e^{u}\right)\right)} \frac{d}{dx} \left(4 x\right) = 4 {\color{red}\left(e^{u}\right)} \frac{d}{dx} \left(4 x\right)$$元の変数に戻す:
$$4 e^{{\color{red}\left(u\right)}} \frac{d}{dx} \left(4 x\right) = 4 e^{{\color{red}\left(4 x\right)}} \frac{d}{dx} \left(4 x\right)$$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 $$$c = 4$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x$$$ に対して適用します:
$$4 e^{4 x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(4 x\right)\right)} = 4 e^{4 x} {\color{red}\left(4 \frac{d}{dx} \left(x\right)\right)}$$$$$n = 1$$$ 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 $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:
$$16 e^{4 x} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} = 16 e^{4 x} {\color{red}\left(1\right)}$$したがって、$$$\frac{d}{dx} \left(4 e^{4 x}\right) = 16 e^{4 x}$$$。
したがって、$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(e^{4 x}\right) = 16 e^{4 x}$$$。
解答
$$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(e^{4 x}\right) = 16 e^{4 x}$$$A