【暗記不要】三角関数の極限公式はなぜ1?証明の真相と頻出解法を徹底解説

【暗記不要】三角関数の極限公式はなぜ1?証明の真相と頻出解法を徹底解説

【暗記不要】三角関数の極限公式はなぜ1?証明の真相と頻出解法を徹底解説について押さえておきたい 事実を分かりやすい構成で解説いたします。

Q1:$\lim_{x \to 0} \frac{x}{\sin x} = 1$(逆数)も公式としてそのまま使っていいですか?
A1:記述試験でそのまま使用して問題ありません。厳密に書く場合は「$\lim_{x \to 0} \frac{1}{\frac{\sin x}{x}} = \frac{1}{1} = 1$」と、基本公式の逆数であることを1行添えておくと採点官に対して完全に隙のない解答になります。

Q2:教科書のはさみうちの証明で「$0 < x < \frac{\pi}{2}$」と限定しているのはなぜですか?負の側はどうしますか?
A2:単位円上で直角三角形と扇形の幾何学的な面積比較を行う際、第1象限の鋭角でなければ図形をきれいに包含できないためです。負の側($-\frac{\pi}{2} < x < 0$)については、$x = -t$($0 < t < \frac{\pi}{2}$)と置換することで、$\frac{\sin(-t)}{-t} = \frac{-\sin t}{-t} = \frac{\sin t}{t} \to 1$ となり、正の側の結論をそのまま適用できるため、両側極限として $1$ が証明されます。

Q3:入試問題で $\lim_{x \to 0} \frac{\sin(\sin x)}{x}$ のような多重構造が出たらどうすればいいですか?
A3:「カタマリ一致」の原則に従って式を変形します。$\frac{\sin(\sin x)}{\sin x} \cdot \frac{\sin x}{x}$ と分解してください。$x \to 0$ のとき $\sin x \to 0$ ですから、前半部分は $\frac{\sin t}{t}$($t = \sin x \to 0$)の形となり $1$ に収束し、後半部分も $1$ に収束するため、全体として $1 \times 1 = 1$ と導出できます。

小林 直樹
著者

小林 直樹

シンプルで洗練された住まいづくりとインテリアコーディネートのアイデアを提案しています。