技能一覧 › 数学III 極限

の極限

を使って三角関数を含む極限を求められる

前提

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算数中学高校大学大学院

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  21. 特別な直角三角形の辺の比 (中学数学 相似と三平方の定理)
  22. 弧度法と単位円による三角関数 (数学II 三角関数)

説明

を弧度法の角とするとき、 で と の比が 1 に近づく、という事実 を学びます。 や のように、そのまま代入すると になる三角関数の極限は、式を変形してこの形を作れば求められます。三角関数の微分を導くときの土台にもなる、重要な極限です。

なぜそうしてよいのか

まず で考えます。単位円(中心 O、半径 1)上に点 と、 となる点 をとり、直線 OP と点 A での接線 の交点を とします。図の中で「三角形 OAP 扇形 OAP 三角形 OAT」となっているので、面積を比べると 、つまり です。扇形の面積が となるのは、 を弧度法で測っているからです。

各辺を で割ると となり、逆数をとると(すべて正なので不等号の向きが逆になって) が得られます。 のとき なので、はさみうちにより です。

のときは とおくと です。よって左側極限も 1 になり、両側の極限が一致するので が成り立ちます。逆数をとった も同時に成り立ちます。大切なのは「 の中身」と「分母」が同じ式で、しかもそれが 0 に近づくことです。つまり なら と使えます。

手順

  1. 代入して の形になること、そして の中身が 0 に近づくことを確かめる

  2. の中身(たとえば )を見て、目標の形 を決める。 を含むときは のように に直しておく

  3. 分母が の中身と一致するように、式の値を変えずに定数や式を掛けて割る。例:()

  4. とおくと のとき となるので、 を使い、残りの部分の極限と掛け合わせる

例題

極限 を求めよ。

例題の解答

手順1: を代入すると分子も分母も 0 になり、 の形である。 の中身 も 0 に近づく。
手順2: の中身は なので、目標の形は である。
手順3:分母を にそろえるため、次のように変形する。
手順4: とおくと、 のとき だから である。よって

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること