極限

$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1$ の応用

三角関数の極限の基本公式

極限の「$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1$ の応用」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「三角関数の極限の基本公式」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅲ 約8分 難易度 2 図つき

このページのまとめ

先に押さえておくこと

$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1$ の応用の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

図と式の対応や答えの条件を、先に短く確認できます。

  • テーマ: 三角関数の極限の基本公式
  • ポイント: 極限の要点を、図と式を往復しながら確認しやすい記事です。
  • 次に読むなら: 関連ページ、またはアプリで類題演習

問題

次の極限を求めよ。

(1)limx0sin3xx(1)\quad \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
(2)limx0sin2xsin5x(2)\quad \lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{\sin 5x}

答えを見る

(1)  (1)\; 3\underline{3}

(2)  (2)\; 25\underline{\frac{2}{5}}

解説

三角関数の極限について解説します。

まず、最も重要な公式を確認しましょう。

なぜlimx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1になるんですか?

いい質問だね!はさみうちの原理を使って証明できるんだ。

単位円を使って不等式を作るよ。

証明の概略を説明します。

P 30° √3/2 1/2 x y 1 -1 1 -1
θ=30\theta = 30^\circ
P(32,12)P\left(\frac{\sqrt{3}}{2}, \frac{1}{2}\right)
sinθ=12\sin\theta = \frac{1}{2}
cosθ=32\cos\theta = \frac{\sqrt{3}}{2}
tanθ=33\tan\theta = \frac{\sqrt{3}}{3}

0<x<π20 < x < \frac{\pi}{2}のとき、単位円上で次の不等式が成り立ちます:

sinx<x<tanx\sin x < x < \tan x

各辺をsinx\sin xで割ると(sinx>0\sin x > 0より)、

1<xsinx<1cosx1 < \frac{x}{\sin x} < \frac{1}{\cos x}

逆数をとると(不等号の向きが反転)、

cosx<sinxx<1\cos x < \frac{\sin x}{x} < 1

x0x \to 0のときcosx1\cos x \to 1なので、はさみうちの原理よりlimx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1が示されます。

なるほど!では応用問題を解いてみます!

(1)limx0sin3xx(1)\quad \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}

基本公式limx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1の形に変形します。

limx0sin3xx\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x}
=limx0sin3x3x3= \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x} \cdot 3
=3limx0sin3x3x= 3 \cdot \lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x}

x0x \to 0のとき3x03x \to 0だから、limx0sin3x3x=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{3x} = 1だよ。

したがって、

limx0sin3xx=31=3\lim_{x \to 0} \frac{\sin 3x}{x} = 3 \cdot 1 = \underline{3}
(2)limx0sin2xsin5x(2)\quad \lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{\sin 5x}

分子と分母をそれぞれ基本公式の形に変形します。

limx0sin2xsin5x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{\sin 5x}
=limx0sin2x2x5xsin5x2x5x= \lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{2x} \cdot \frac{5x}{\sin 5x} \cdot \frac{2x}{5x}
=limx0sin2x2xlimx05xsin5x25= \lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{2x} \cdot \lim_{x \to 0} \frac{5x}{\sin 5x} \cdot \frac{2}{5}

limx0sin2x2x=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{2x} = 1およびlimx05xsin5x=1\lim_{x \to 0} \frac{5x}{\sin 5x} = 1より、

limx0sin2xsin5x=1125=25\lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{\sin 5x} = 1 \cdot 1 \cdot \frac{2}{5} = \underline{\frac{2}{5}}

基本公式の形に持っていくのがポイントだよ!

このページのまとめ

ここではlimx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1の応用について学習しました。

この公式は三角関数の微分や積分でも重要な役割を果たします。しっかりマスターしましょう!

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