解決済み

関数の極限の問題です。

lim⁡x→π2cos⁡3xtan⁡5x\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} {\cos 3x}{\tan 5x}を求めよ。

という問題を分かりやすく教えてください。


一応、答えはあるのですが、特に赤の部分が分かりません。

どちらかといえば、三角関数の話になりそうですが、全体を通して教えてください。

ベストアンサー

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高校数学で僕たちが使える三角関数の極限の公式は、基本的に


lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} = 1


だけです。(cos⁡\cos や tan⁡\tan の極限公式と言われるものもありますが、いずれも上記公式より導くものです)


なので、この問題をみた瞬間に lim⁡x→π2\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} を lim⁡t→0\lim_{t \to 0} の形に変更したいと考えるのが定石です。

そうしてなんとか lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim_{x \to 0}\dfrac{\sin x}{x} = 1 の形を作り出します。


さて、定石に従い t=π2−xt=\dfrac{\pi}{2} - x とおくと、写真赤枠の手前の式までは簡単に式変形できますね。

あとは、上記公式を使うために cos⁡\cos や tan⁡\tan をsin⁡\sin に直すことを考えます。


ようやく赤枠の部分ですが、ここでは[三角関数の還元公式](https://manabitimes.jp/math/1246)を用いています。


本来であれば一瞬で変換したいところなのですが、敢えて丁寧にやると次のように変換します。慣れれば頭の中で一瞬で出来ます。


cos⁡(3π2−3t)=cos⁡(π+(π2−3t))=−cos⁡(π2−3t)\cos(\frac{3\pi}{2}-3t) = \cos(\pi+(\frac{\pi}{2}-3t)) = -\cos(\frac{\pi}{2}-3t)


したがって


cos⁡(3π2−3t)=−cos⁡(π2−3t)=−sin⁡(3t)\cos(\frac{3\pi}{2}-3t) = -\cos(\frac{\pi}{2}-3t) = -\sin(3t)


tan⁡\tan についても、5π2=2π+π2\dfrac{5\pi}{2} = 2\pi + \dfrac{\pi}{2} とすれば、還元公式が使える形に変更できますね。


あとは tt の係数を公式の形に合わせて式変形をするだけです!


とにかく lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} = 1 を作るということを頭に入れておけば、三角関数の極限計算は大体なんとかなります。


補足

リンクバグってますね。。

正しくは以下です。


https://manabitimes.jp/math/1246

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