微分 入門

高校数学レベルの微分法

入門の概要

入門では、高校数学で学ぶ微分の内容を体系的に扱う。変化率の直感的理解から始めて、微分の計算技法、そして関数の解析への応用まで段階的に学習する。

学習目標

  • 変化率と極限の概念を直感的に理解する
  • 微分係数と導関数の定義を理解する
  • 基本的な関数の微分公式を習得する
  • 積・商・合成関数の微分法を使える
  • 平均値の定理とテイラー展開を理解する
  • 関数の増減・極値・凹凸を調べられる

目次

Part 1:微分の基礎(第1章〜第6章)

  1. 第1章 変化とは何か

    速度と距離、平均変化率、グラフで見る変化

  2. 第2章 傾きの概念

    直線の傾き、割線と接線、曲線上の瞬間の傾き

  3. 第3章 極限の直感

    極限の直感的理解、無限に小さくする、極限の計算例

  4. 第4章 微分の定義

    微分係数とは、導関数とは、記号の意味

  5. 第5章 基本的な微分

    定数関数・一次関数・二次関数の微分

  6. 第6章 微分の意味

    増加・減少の判定、グラフの形状、身近な応用例

Part 2:微分の計算技法(第7章〜第14章)

  1. 第7章 積と商の微分

    積の微分法、商の微分法、応用例

  2. 第8章 合成関数の微分

    連鎖律、合成関数の見分け方、練習問題

  3. 第9章 三角関数の微分

    sin, cos, tan の微分、合成関数との組み合わせ

  4. 第10章 指数関数の微分

    $e^x$ の微分、$a^x$ の微分、自然対数の底

  5. 第11章 対数関数の微分

    $\ln x$ の微分、$\log_a x$ の微分、対数微分法

  6. 第12章 逆三角関数の微分

    $\arcsin$, $\arccos$, $\arctan$ の微分

  7. 第13章 陰関数微分

    陰関数の微分法、媒介変数表示の微分

  8. 第14章 高階微分

    第2次導関数、高階導関数、ライプニッツの公式

Part 3:微分の理論と応用(第15章〜第22章)

  1. 第15章 平均値の定理

    ロルの定理、平均値の定理、コーシーの平均値定理

  2. 第16章 ロピタルの定理

    不定形の極限、ロピタルの定理の適用

  3. 第17章 テイラー展開

    テイラーの定理、マクローリン展開、剰余項

  4. 第18章 基本関数の展開

    $e^x$, $\sin x$, $\cos x$, $\ln(1+x)$ の展開

  5. 第19章 関数の増減と極値

    増減表、極大・極小、第一次導関数テスト

  6. 第20章 凹凸と変曲点

    凹凸の判定、変曲点、第二次導関数テスト

  7. 第21章 最適化問題

    最大・最小問題、応用問題の解法

  8. 第22章 近似と誤差

    線形近似、微分による近似計算、誤差の評価

前提知識

  • 中学・高校数学の関数の知識
  • グラフの読み方
  • 基本的な代数計算
  • 三角関数・指数関数・対数関数の基礎(Part 2以降)