解決済み

解説お願いします。

nnを自然数とする。0<x<=π/20<x<=π/2の範囲で, ∣sin(nx)∣=sinx|sin(nx)|=sinx の異なる実数解の個数をNNとするとき, lim⁡n→∞N/n\lim_{n \to ∞} N/nを求めよ。

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以下 ∣sin⁡(nx)∣,sin⁡x|\sin(nx)|, \sin x は (0,π/2](0,\pi/2] 上の関数とします.


∣sin⁡(nx)∣=0|\sin(nx)| = 0 となる最小の正の点は x=π/nx = \pi/n.よって同関数の周期性から ∣sin⁡(nx)∣=0|\sin(nx)| = 0 となる xx の個数は,[⋅][\cdot] をガウス記号として,

A=[π2/πn]=[n2]. A = \left[\frac{\pi}{2} \middle/ \frac{\pi}{n} \right] = \left[\frac{n}{2}\right].

∣sin⁡(nx)∣=1|\sin(nx)| = 1 となる xx の個数を BB とすると

B={A(n が偶数)A+1(n が奇数). B = \begin{cases} A & (n\ が偶数) \\ A + 1 & (n\ が奇数) \end{cases}.

∣sin⁡(nx)∣|\sin(nx)| が 00 または 11 となる点を小さい順に x1,x2,⋯ ,xA+Bx_1,x_2,\cdots,x_{A + B} とすると,任意の区間 (xi,xi+1](x_i,x_{i + 1}] 上に 11 つ,そして 11 つのみ,y=sin⁡xy = \sin x と y=∣sin⁡(nx)∣y = |\sin(nx)| との交点が存在するので,

N=A+B−1={2A−1(n が偶数)2A(n が奇数). N = A + B - 1 = \begin{cases} 2A - 1 & (n\ が偶数) \\ 2A & (n\ が奇数) \end{cases}.

以上から,

2[n2]−1≦N≦2[n2]. 2\left[\frac{n}{2}\right] - 1 \leqq N \leqq 2\left[\frac{n}{2}\right].

X−1<[X]≦XX - 1 < [X] \leqq X より,

n−3<N≦n;1−3n<Nn≦1. n - 3 < N \leqq n;\quad 1 - \frac{3}{n} < \frac{N}{n} \leqq 1.

はさみうちの原理から N/n→1N/n \to 1 を得ます.


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ご回答ありがとうございます。明快な考え方でわかりやすかったです。

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