【微分】逆三角関数アークコサインの導関数を合成関数と逆関数の微分法で実施！

逆三角関数であるアークコサインですが、これを微分するには少しテクニックが必要です。そこで、この解説ではアークコサインの微分を簡単にできるの方法を紹介します！

その方法は逆関数の微分法です！

本記事では、

まずは合成関数の微分法で微分してみて、次に逆関数の微分法を使います。

逆関数の微分法を使えば、いかに簡単に微分できるかを実感してもらえるかと思います。

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トムソン

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 アークコサイン（arccos）の導関数（微分）｜合成関数の微分法

$$y=Cos^{-1}x$$

とすると、これは逆三角関数なので

$$x=\cos y \dots(1)$$

と同じ意味になります。ここで(1)式の両辺をｘで微分します。

$$\begin{eqnarray}
\frac{d}{dx}x &=& \frac{d}{dx}\cos y \\
1 &=& \frac{d}{dy}\cos y\frac{dy}{dx}(合成関数の微分法)\\
1 &=& -\sin y \frac{dy}{dx}\\
\end{eqnarray}$$

となります。つまり

$$\frac{dy}{dx}=-\frac{1}{\sin y} (※ただし\sin y \neq 0)$$

となります。これで微分できたように見えますが、\(\sin y\)には\(y\)が使われています。この\(y\)を無くさないと微分できたとは言えません。そこで、\(\sin y\)変形して\(x\)の関数にします。

\(\sin y\)を変形する

\(\sin y\)を変形するために、少しだけテクニックを使います。

具体的にはこの公式。この公式を\(\sin y=\)の形にしてやると・・・

$$\sin y=\sqrt{1-\cos^2 y}$$

さらに最初に示した通り、この問題は逆三角関数なので

$$y=Sin^{-1}x \leftrightarrow x=\sin y$$

この式から\(\sin y\)と\(x\)が等しいことが分かりますね。ここまで出てきた式を使ってまとめると・・・

$$\begin{eqnarray} \frac{dy}{dx}&=& -\frac{1}{\sin y} \\
&=& -\frac{1}{\sqrt{1-\cos^2 y}}\\
&=& -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\end{eqnarray}$$

ようやく微分完了です！

最初に逆関数の微分法を使うといいましたが、その方法でもやってみましょう！

 アークコサイン（arccos）の導関数（微分）｜逆関数の微分法

ここで\(g(x)=Cos^{-1}x\)、\(f(y)=\cos y\)です！

式を微分して当てはめると・・・

$$g'(x)=\frac{1}{f'(y)}=-\frac{1}{\sin y}$$

となります。あとは\(\sin y\)を同じように変形すればいいだけです。

$$\begin{eqnarray} \frac{dy}{dx}&=& -\frac{1}{\sin y} \\
&=& -\frac{1}{\sqrt{1-\cos^2 y}}\\
&=& -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\end{eqnarray}$$

この方法であれば、合成関数の微分法から\(\sin y\)を変換しなくても微分できるので楽ですね！

さいごに｜アークコサイン（arccos）の微分

3種類ある逆三角関数ですが、その他の微分のも求め方はほとんど同じです。求め方は大きく2種類あります。

• 合成関数の微分法を使う
• 逆関数の微分法を使う

です。

分かってしまえば意外と簡単なので、今のうちに覚えておきましょう！