→戻る

定理:媒介変数による微分

【文献】吹田新保『理工系の微分積分学』p.40:証明付

 x = f ( t ), y=g( t )において、  
  (1) x = f ( t )は狭義単調
  (2) x = f ( t ), y=g( t )がt上の区間Dで微分可能  
  (3) f ' ( t )≠0 
 ならば、  
 yは xの関数としてx上の区間 f (D)={ x | f −1( x ) ∈D }で微分可能で、
 dy/dx = (dy/dt)/(dx/dt) 

証明

[吹田・新保『理工系の微分積分学』p.40.]

 I. 逆関数t = f −1( x )について。 
  「(1) x = f ( t )は狭義単調」より、逆関数t = f −1( x )が存在して、これも狭義単調。
  「(2) x = f ( t )は区間Dで微分可能」ゆえに区間Dで連続 ∵連続と微分可能性の関係についての定理 
  「(3) f ' ( t )≠0 」 
  よって、逆関数の微分から、t0∈Dとして、
   逆関数t = f −1 ( x )は点x=x0 = f ( t0 )で微分可能…�@
   また、t = f −1 ( x )の点x=x0 = f ( t0 )での微分係数は1/f ' (t0)。…�A 
 II.  y = g ( f −1 ( x ) )について。 
  t0∈Dとして、   
  �@より、t = f −1 ( x )が x0 = f ( t0 )で微分可能で、
  「(2) y=g( t )が区間Dで微分可能」よりy=g( t )も t0= f −1 (x0)で微分可能であるので、
  合成関数の微分についての定理より、
   合成関数 y=g( f −1 ( x ) )は x=x0= f ( t0 )で微分可能となり、
   x=x0= f ( t0 )での微分係数は g ' (f −1 ( x0 ) ) f −1 ' (x0)で与えられる。
  �Aよりf −1 ' (x0)=1/f ' (t0)、またt0=f −1 ( x0 )だから、これらを代入すると、 
   x=x0= f ( t0 )での微分係数は g ' (t0) /f ' (t0)    
  つまり、  dy/dx = (dy/dt)/(dx/dt)      

→戻る