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数学

数学II 16. 微分法と積分法(1)微分係数と導関数⭐

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じゅんじ or じょん先生

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20問

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公開クイズ

問題 1OX 問題

【平均変化率】⭐

関数 y=f(x)y=f\left(x\right) において,xx の値が aa から bb まで変化する時

f(b)f(a)ba\frac{f\left(b\right)-f\left(a\right)}{b-a}

のことを「x=ax=a から x=bx=b までの,関数 f(x)f\left(x\right) の平均変化率」という。

ヒント
これは,関数 y=f(x) のグラフ上の2点A(a, f(a)),B(b, f(b)) を通る直線ABの傾きを表しているね。 また,中学校では「変化の割合」と言っていたね。
問題 2OX 問題
【平均変化率】 平均変化率 f(b)f(a)ba\frac{f\left(b\right)-f\left(a\right)}{b-a}ba=hb-a=h とおくと b=a+hb=a+h だから f(a+h)f(a)h\frac{f\left(a+h\right)-f\left(a\right)}{h} とも表せる
問題 3選択式
【極限値】⭐ 関数 y=f(x)y=f\left(x\right) において,xxaa と異なる値を取りながら aa に限りなく近づく時,f(x)f\left(x\right) がある一定の値 α\alpha に限りなく近づく場合,どう書くか。(答えは一つとは限らない) また,この時 α\alpha を極限値という。
f(x)=αf\left(x\right)=\alpha
limxaf(x)=α\lim_{x\rightarrow a}f\left(x\right)=\alpha
xαx\rightarrow\alpha の時,f(x)=αf\left(x\right)=\alpha
xαx\rightarrow\alpha の時, f(x)αf\left(x\right)\rightarrow\alpha
問題 4OX 問題

【微分係数】⭐

関数 f(x)f\left(x\right)x=ax=a から x=bx=b までの平均変化率

f(b)f(a)ba\frac{f\left(b\right)-f\left(a\right)}{b-a}

において,bbaa に限りなく近づける時,これがある一定の値に限りなく近づく場合,これを

関数 f(x)f\left(x\right)x=αx=\alpha における微分係数という

問題 5選択式
微分係数について,正しいのはどれか。
関数 y=f(x)y=f\left(x\right)x=ax=a における微分係数は f(a)=limh0f(a+h)f(a)hf^{\prime}\left(a\right)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f\left(a+h\right)-f\left(a\right)}{h}
関数 y=f(x)y=f\left(x\right)x=ax=a における微分係数は f(a)=limbaf(b)f(a)baf^{\prime}\left(a\right)=\lim_{b\rightarrow a}\frac{f\left(b\right)-f\left(a\right)}{b-a}
関数 y=f(x)y=f\left(x\right)x=ax=a における微分係数は f(a)=f^{\prime}\left(a\right)=f(a+h)f(a)h\frac{f\left(a+h\right)-f\left(a\right)}{h}
問題 6OX 問題

【微分係数の図形的な意味】⭐

関数 y=f(x)y=f\left(x\right) のグラフ上の点A(a,f(a))\left(a,f\left(a\right)\right) における接線の傾きは,関数 y=f(x)y=f\left(x\right)x=ax=a における微分係数 f(a)f^{\prime}\left(a\right) で表される

Question image
問題 7短答式

関数 y=x2​y=x^2​ のグラフ上の点A(3,9)​\left(3,9\right)​ における接線の傾き m​m​ を求めよ。

m=6
6
ヒント
f(x)=x² とすると f'(x)=2x m=f'(3) だから m=f'(3)=2×3=6 (参考:後で出てくるけど,その直線の方程式は y-9=6(x-3) より y=6x-9 だね)
問題 8OX 問題

関数 y=f(x)​y=f\left(x\right)​において,x​x​ の各値 a​a​ に対して,微分係数 f(a)​f^{\prime}\left(a\right)​ を対応させると,1つの新しい関数が得られる


すなわち,​a​a​ を変数とみると,f(a)​f^{\prime}\left(a\right)​​ は a​a​<br/><br/> の関数である<br /><br />これを導関数といい f(x)​f^{\prime}\left(x\right)​​ で表す

ヒント
f'(x) = lim h→0 {f(x+h)-f(x)}/h
問題 9選択式

関数 xn​x^{n}​ と定数関数について,正しいのはどれか。

関数 x^{n} の微分係数は nx^{n-1} である。
定数関数の微分係数は常に 0 である。
ヒント
どちらも正しいね
問題 10選択式
【関数の定数倍と関数の和・差の導関数】⭐ 正しいのはどれか。
y=f(x)+g(x)y=f\left(x\right)+g\left(x\right) を微分すると y=f(x)+g(x)y^{\prime}=f^{\prime}\left(x\right)+g^{\prime}\left(x\right)
y=f(x)g(x)y=f\left(x\right)-g\left(x\right) を微分すると y=f(x)g(x)y^{\prime}=f^{\prime}\left(x\right)-g^{\prime}\left(x\right)
y=f(x)g(x)y=f\left(x\right)g\left(x\right) を微分すると y=f(x)g(x)y^{\prime}=f^{\prime}\left(x\right)g^{\prime}\left(x\right)
y=kf(x)y=kf\left(x\right) を微分すると y=kf(x)y^{\prime}=kf^{\prime}\left(x\right)
ヒント
関数の積の導関数はまだ習ってないね!
問題 11OX 問題

次の関数を微分せよ。

y=3x24x+2y=3x^2-4x+2

答え


y=32x41+0y^{\prime}=3\cdot2x-4\cdot1+0
y=6x4y^{\prime}=6x-4

問題 12OX 問題

次の関数を微分せよ。

y=x(x+1)(x2)y=x\left(x+1\right)\left(x-2\right)

答え


y=x(x2x2)=x3x22xy=x\left(x^2-x-2\right)=x^3-x^2-2x

だから

y=3x22x2y^{\prime}=3x^2-2x-2

問題 13選択式
関数 y=f(x)y=f\left(x\right) について,x=ax=a における微分係数の求め方で正しいのはどれか。
定義に基づいて,極限値を求める,つまり,f(a)=limh0f(a+h)fahf^{\prime}\left(a\right)=\lim_{h\rightarrow0}\frac{f\left(a+h\right)-fa}{h}
導関数 f(x)f^{\prime}\left(x\right) を求めて,x=ax=a を代入して f(a)f^{\prime}\left(a\right) を求める
ヒント
もちろん,どちらも正しい!
問題 14短答式
関数 f(x)=x2+4x+1f\left(x\right)=-x^2+4x+1 の導関数を利用して,x=1x=-1 における微分係数を求めよ。
6
f'(-1)=6
問題 15OX 問題
次の条件をすべて満たす2次関数 f(x)f\left(x\right) を求めよ。 f(0)=3,f(1)=1,f(2)=2f^{\prime}\left(0\right)=3,f^{\prime}\left(1\right)=-1,f\left(2\right)=-2 答え f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^2+bx+c とおくと f(x)=2ax+bf^{\prime}\left(x\right)=2ax+b f(x)=2x2+3xf\left(x\right)=-2x^2+3x
問題 16OX 問題
半径 rr の球の体積を VV とすると,V=43πr3V=\frac43\pi r^3 である。VVrr の関数とみて,rr で微分せよ。 答え dVdr=4πr2\frac{dV}{dr}=4\pi r^2
ヒント
答えは,表面積の公式を表しているね!
問題 17OX 問題

を通り,傾きが mm の直線の方程式は

yy1=m(xx1)y-y_1=m\left(x-x_1\right)

だったことを思い起こして

関数 y=f(x)y=f\left(x\right) のグラフ上の点(a,f(a))\left(a,f\left(a\right)\right) における接線の方程式

yf(a)=f(a)(xa)y-f\left(a\right)=f^{\prime}\left(a\right)\left(x-a\right)

問題 18短答式

関数 y=x2+4x​y=-x^2+4x​ 上の点 (1,3)​\left(1,3\right)​ における接線の方程式を求めよ。

y=2x+1
ヒント
f(x)=-x²+4xとすると f'(x)=-2x+4 だから f'(1)=-2+4=2 よって,接線の方程式は y-3=2(x-1) y=2x+1
問題 19OX 問題

【グラフ上にない点から引いた接線】

関数 y=x2+4​y=x^2+4​ に点 (1,1)​\left(1,1\right)​から引いた接線の方程式と,接点の座標を求めよ。

を解く場合の考え方は・・・

「グラフ上の点を通る接線を考える」のではなく

「グラフ上の点 (a,a2+4)​\left(a,a^2+4\right)​ を通る接線の式を求め,その接線が (1,1)​\left(1,1\right)​ を通る」と考える!

ヒント
要するに y=x²+4 を微分すると y'=2x 求める接線の接点の座標を ( a, a²+4 ) とすると 接線の方程式は y-(a²+4)=2a(x-a) より y=2ax-a²+4 この直線が (1,1) を通るから 1=2a-a²+4 a²-2a-3=0 より a=-1, 3 (i) a=-1 の時,接線の方程式は y=-2x+3,接点 (-1,5) (ii) a=3 の時,接線の方程式は y=6x-5,接点 (3,13)
問題 20短答式

関数 y=x2+3​y=x^2+3​ のグラフに点(1,0)​\left(1,0\right)​ から引いた接線の方程式を求めよ。

y=-2x+2, y=6x-6
y=6x-6, y=-2x+2
y=-2x+2とy=6x+6
y=6x-6とy=-2x+2
ヒント
y=x²+3 を微分すると y'=2x 求める接線の接点の座標を ( a, a²+3 ) とすると 接線の方程式は y-(a²+3)=2a(x-a)…① より y=2ax+a²+3 この直線が (1,0) を通るから 0=2a-a²+3 a²-2a-3=0 より a=-1, 3 よって求める接線の方程式は①より (i) a=-1 の時,y=-2x+2 (ii) a=3 の時,y=6x-6
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