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2016年04月14日

Arctanx の導関数をベースに色々なグラフを描いてみます

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Arctanx の導関数

 今回は次のような偶関数をベースにします。

偶関数

 これは逆正接関数 arctan(x) の勾配を表す関数(導関数)です。
 つまりこの関数を積分すると arctan(x) が得られます:

逆正接関数arctanx

 この積分はよく出てくるので丸暗記してしまっても損はありません。
 arctan(x) はアークタンジェントと読み、次のような関係があります。

y = arctan(x)  ⇔  x = tany

 arctan(x) を tan−1(x) と書くこともあります。

 @1d(1+x^2).gif

 [1] に x をかけてみます:

 Axd(1+x^2).gif

 奇関数ですね。 x < 0 で負の値をとるようになります。
 この関数にさらに x をかけると再び偶関数になりますが ......

 Bx^2d(1+x^2).gif

 今度は原点で谷を作ります。 [1] が原点で最大値 1 をとる関数ですから、 x 2 をかけると原点近傍は y < 1 となります。漸近線は y = 1 です。次はこの関数の分子に x の項を加えてみます:

 C(x+x^2)d(1+x^2).gif

 対称性は失われますが、やはり漸近線は y = 1 です。
 分子・分母ともに2次式であることに変わりはないからです。

 最後に [1] に sinx と xsinx をかけて奇・偶の周期関数を作ってみます:

 Dsinxd(1+x^2).gif

 いずれも振動しながら両端(x → ± ∞)で y → 0 に収束していきます。
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