三角関数の極限

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三角関数の微分

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下の書籍の引用

単位円を描いて、上のような包含関係の図形を構成します。
面積の大小関係は上記の通り。

ラジアンが0に限りなく近いなら、$\sin θ$とラジアンの比が1に限りなく近くなるのは視覚にもなんとなく理解できます。本当にそうなることを証明します。

角$x$を0へ限りなく近づけた場合は$△OTQ$の隣辺は$\frac{sinx}{1}$となり、△OTPの対辺は$\frac{tanx}{1}$となります。$x$を0に限りなく近づけると、分子の値が小さくなる構造になっています。
よって極限をとると辺$QH$と辺$PT$の長さは$0$に限りなぐ近づきます。
はさみ撃ちの原理により、弧$QT$の長さは限りなく0に近づきます。

はさみうちの原理(英: Squeeze theorem / Sandwich theorem)とは、直接求めることが難しい関数や数列の極限を、両側から別の関数・数列で挟むことによって求める微積分の極限定理です。

Wikipedia

次に構成した図形の面積を考えます。
$△OTQ=\frac{\sin x}{2}$
$△OTP=\frac{\tan x}{2}$
弧$OTQ=\frac{x}{2π}\cdot 1^{2}\cdot π =\frac{x}{2}$(半径×半径×π)
それぞれに2をかけて
$△OTQ=\sin x$
$△OTP=\tan x$
弧$OTQ=x$

また、$tanθ$は対辺と隣辺の日のことなので。
$△OTP=\tan x=\frac{\sin x}{\cos x}$

以上より、上記の図形の面積の大きさは
$sinx <x<\frac{\sin x}{\cos x}$
$\frac{1}{\sin x}>\frac{1}{x}>\frac{\cos x}{\sin x}$(逆数)
$1>\frac{\sin x}{x}>\cos x$(乗法逆元法則)

$\displaystyle \lim_{ x \to 0} \cos x=1$
上記とはさみ撃ちの原理より
$\displaystyle \lim_{ x \to 0 } \frac{\sin x}{x} =1$

余弦関数の定義域が実数全体である話
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この記事を書いた人

第41第東洋太平洋(OPBF)ウェルター級王者
元WBC世界同級34位
元WBO-AP同級3位
元角海老宝石ジム所属

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