微分法

一般の指数関数の導関数

$(a^x)' = a^x \log a$ の導出

微分法の「一般の指数関数の導関数」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「$(a^x)' = a^x \log a$ の導出」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅲ 約5分 難易度 2

このページのまとめ

先に押さえておくこと

一般の指数関数の導関数の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

$(a^x)' = a^x \log a$ の導出の答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ: (ax)′=axlog⁡a(a^x)' = a^x \log a の導出
  • ポイント: 微分法の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
  • 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習

問題

次の関数を微分せよ。

(1)y=2x(1)\quad y = 2^x
(2)y=32x−1(2)\quad y = 3^{2x-1}

答えを見る

(1)  y′=2xlog⁡2‾(1)\; y' = \underline{2^x \log 2}
(2)  y′=2⋅32x−1log⁡3‾(2)\; y' = \underline{2 \cdot 3^{2x-1} \log 3}

解説

一般の指数関数 y=axy = a^x の微分について解説します。

exe^x の微分は (ex)′=ex(e^x)' = e^x って習いましたけど、2x2^x とか 3x3^x はどうなるんですか?

いい質問だね!一般の指数関数 axa^x の微分公式を導いてみよう。

まず、y=axy = a^x を ee を底とする指数関数で表現します。

a>0a > 0 のとき、a=elog⁡aa = e^{\log a} なので、

y=ax=(elog⁡a)x=exlog⁡ay = a^x = (e^{\log a})^x = e^{x\log a}

これで ee を底とする形に変換できたね。次に微分しよう。

(exlog⁡a)(e^{x\log a}) を微分します。log⁡a\log a は定数なので、

y′=exlog⁡a⋅(xlog⁡a)′=exlog⁡a⋅log⁡ay' = e^{x\log a} \cdot (x\log a)' = e^{x\log a} \cdot \log a

ここで、exlog⁡a=axe^{x\log a} = a^x に戻すと、

y′=axlog⁡ay' = a^x \log a

なるほど!exe^x は log⁡e=1\log e = 1 だから特別なんですね!

それでは、この公式を使って問題を解いていきましょう。

(1)y=2x(1)\quad y = 2^x

公式 (ax)′=axlog⁡a(a^x)' = a^x \log a に a=2a = 2 を代入すると、

y′=2xlog⁡2y' = 2^x \log 2

よって、y′=2xlog⁡2‾y' = \underline{2^x \log 2} となります。

(2)y=32x−1(2)\quad y = 3^{2x-1}

これは u=2x−1u = 2x - 1 とおくと、y=3uy = 3^u の形になります。

指数が xx だけでなく (2x−1)(2x-1) になっているから、合成関数の微分法を使う必要があるよ。

合成関数の微分法により、

y′=(32x−1)′=32x−1log⁡3⋅(2x−1)′y' = (3^{2x-1})' = 3^{2x-1} \log 3 \cdot (2x-1)'
=32x−1log⁡3⋅2= 3^{2x-1} \log 3 \cdot 2
=2⋅32x−1log⁡3‾= \underline{2 \cdot 3^{2x-1} \log 3}

指数部分の微分も忘れずに掛けるんですね!

このページのまとめ

ここでは一般の指数関数 axa^x の微分公式について学習しました。

(ax)′=axlog⁡a(a^x)' = a^x \log a という公式をしっかり覚えて、指数が複雑な場合は合成関数の微分法を使うことを忘れないでくださいね!

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