媒介変数表示の d²y/dx²(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 媒介変数表示の d²y/dx²(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
\begin{enumerate}
\item[(1)] $x=t^2$,$y=t^3\ (t>0)$ のとき,$\dfrac{dy}{dx}$ と $\dfrac{d^2y}{dx^2}$ を $t$ の式で表せ.
\item[(2)] $x^2+y^2=1$ のとき,$y\neq 0$ において $\dfrac{d^2y}{dx^2}$ を $y$ の式で表せ.
\end{enumerate}
(1) $\dfrac{dx}{dt}=2t$,$\dfrac{dy}{dt}=3t^2$ であり,$t>0$ より $\dfrac{dx}{dt}\neq 0$ であるから $\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{3t^2}{2t}=\dfrac{3}{2}t$
\[ \frac{d^2y}{dx^2}=\frac{d}{dx}\left(\frac{3}{2}t\right)=\frac{d}{dt}\left(\frac{3}{2}t\right)\cdot\frac{dt}{dx}=\frac{3}{2}\cdot\frac{1}{\dfrac{dx}{dt}}=\frac{3}{2}\cdot\frac{1}{2t}=\frac{3}{4t} \]
(2) 両辺を $x$ で微分して $2x+2yy'=0$ より $y'=-\dfrac{x}{y}$
さらに $x$ で微分すると
\[ y''=-\frac{1\cdot y-x\cdot y'}{y^2}=-\frac{y-x\left(-\dfrac{x}{y}\right)}{y^2}=-\frac{y^2+x^2}{y^3} \]
$x^2+y^2=1$ であるから $\dfrac{d^2y}{dx^2}=-\dfrac{1}{y^3}$
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