次の極限値を求めます。 (1) $\lim_{x \to 0} \frac{\tan x}{x + \sin x}$ (4) $\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{x^2 + x}$ (7) $\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x}$ (10) $\lim_{x \to \frac{\pi}{3}} \frac{\tan x - \sqrt{3}}{\sin(x - \frac{\pi}{3})}$

解析学極限三角関数指数関数微分
2025/7/11

1. 問題の内容

次の極限値を求めます。
(1) limx0tanxx+sinx\lim_{x \to 0} \frac{\tan x}{x + \sin x}
(4) limx0e2x1x2+x\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{x^2 + x}
(7) limx0sin5xsin2x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x}
(10) limxπ3tanx3sin(xπ3)\lim_{x \to \frac{\pi}{3}} \frac{\tan x - \sqrt{3}}{\sin(x - \frac{\pi}{3})}

2. 解き方の手順

(1) limx0tanxx+sinx\lim_{x \to 0} \frac{\tan x}{x + \sin x}
tanx=sinxcosx\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} なので、与式は
limx0sinxcosxx+sinx=limx0sinxcosx(x+sinx)\lim_{x \to 0} \frac{\frac{\sin x}{\cos x}}{x + \sin x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{\cos x (x + \sin x)}
分母分子を xx で割ると
limx0sinxxcosx(1+sinxx)\lim_{x \to 0} \frac{\frac{\sin x}{x}}{\cos x (1 + \frac{\sin x}{x})}
limx0sinxx=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1limx0cosx=1\lim_{x \to 0} \cos x = 1 なので、
11(1+1)=12\frac{1}{1 \cdot (1 + 1)} = \frac{1}{2}
(4) limx0e2x1x2+x\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{x^2 + x}
limx0e2x1x(x+1)\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{x(x+1)}
limx0e2x12x2x+1\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{2x} \cdot \frac{2}{x+1}
limx0e2x12x=1\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{2x} = 1 なので、
limx0e2x1x(x+1)=120+1=2\lim_{x \to 0} \frac{e^{2x} - 1}{x(x+1)} = 1 \cdot \frac{2}{0+1} = 2
(7) limx0sin5xsin2x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x}
limx0sin5x5x2xsin2x5x2x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} \cdot \frac{2x}{\sin 2x} \cdot \frac{5x}{2x}
limx0sin5x5x=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} = 1, limx0sin2x2x=1\lim_{x \to 0} \frac{\sin 2x}{2x} = 1 なので、
1152=521 \cdot 1 \cdot \frac{5}{2} = \frac{5}{2}
(10) limxπ3tanx3sin(xπ3)\lim_{x \to \frac{\pi}{3}} \frac{\tan x - \sqrt{3}}{\sin(x - \frac{\pi}{3})}
t=xπ3t = x - \frac{\pi}{3} とおくと、xπ3x \to \frac{\pi}{3} のとき t0t \to 0 なので、
limt0tan(t+π3)3sint\lim_{t \to 0} \frac{\tan (t + \frac{\pi}{3}) - \sqrt{3}}{\sin t}
tan(a+b)=tana+tanb1tanatanb\tan(a+b) = \frac{\tan a + \tan b}{1 - \tan a \tan b} より、
tan(t+π3)=tant+tanπ31tanttanπ3=tant+313tant\tan(t + \frac{\pi}{3}) = \frac{\tan t + \tan \frac{\pi}{3}}{1 - \tan t \tan \frac{\pi}{3}} = \frac{\tan t + \sqrt{3}}{1 - \sqrt{3} \tan t}
よって、limt0tant+313tant3sint=limt0tant+33(13tant)sint(13tant)=limt0tant+3tantsint(13tant)=limt04tantsint(13tant)\lim_{t \to 0} \frac{\frac{\tan t + \sqrt{3}}{1 - \sqrt{3} \tan t} - \sqrt{3}}{\sin t} = \lim_{t \to 0} \frac{\tan t + \sqrt{3} - \sqrt{3}(1 - \sqrt{3} \tan t)}{\sin t (1 - \sqrt{3} \tan t)} = \lim_{t \to 0} \frac{\tan t + 3 \tan t}{\sin t (1 - \sqrt{3} \tan t)} = \lim_{t \to 0} \frac{4 \tan t}{\sin t (1 - \sqrt{3} \tan t)}
=limt04cost(13tant)=41(10)=4= \lim_{t \to 0} \frac{4}{\cos t (1 - \sqrt{3} \tan t)} = \frac{4}{1(1 - 0)} = 4

3. 最終的な答え

(1) 12\frac{1}{2}
(4) 22
(7) 52\frac{5}{2}
(10) 44

「解析学」の関連問題

(1) 曲線 $y = \cosh x$ の $0 \le x \le 2$ の範囲における長さを求めます。 (2) 媒介変数 $\theta$ $(0 \le \theta \le 2\pi)$ で...

曲線の長さ積分双曲線関数媒介変数表示
2025/7/15

問題は、関数 $y = \cos^2 x$ のグラフに関する記述の正誤を問うものです。ただし、画像が不鮮明なため、正確な問題文は判断できません。ここでは、$y = \cos^2 x$ のグラフの概形や...

三角関数グラフ周期関数偶関数
2025/7/15

関数 $f(x) = \frac{x^2}{4 + x^2}$ の最大値と最小値を求める問題です。

関数の最大値関数の最小値極限微分
2025/7/15

関数 $f(x) = \frac{px + q}{x^2 + 3x}$ について、以下の問いに答えます。 (1) $f(x)$ が $x = -\frac{1}{3}$ で極値 $-9$ をとるとき、...

関数の極値微分分数関数変曲点
2025/7/15

次の定積分の値を計算します。 $\int_{-2}^{0} (-2x^2 - 3x + 2) dx + \int_{0}^{2} (-2x^2 - 3x + 2) dx$

定積分積分多項式
2025/7/15

次の3つの関数 $f(x)$ について、$n$ 次導関数 ($n \geq 1$) を求める問題です。 a) $f(x) = \frac{1}{1+x}$ b) $f(x) = \log(1-x)$ ...

導関数微分数学的帰納法関数の微分
2025/7/15

関数 $f(x) = \log(1 - x)$ の $n$ 次導関数 ($n \ge 1$) を求める。ここで $\log$ は自然対数とする。

導関数自然対数数学的帰納法微分
2025/7/15

以下の関数の$n$次導関数 ($n \geq 1$)を求めよ。 a) $f(x) = \frac{1}{1+x}$ b) $f(x) = \log(1-x)$ c) $f(x) = (1+x)^{\f...

導関数微分n次導関数関数の微分階乗
2025/7/15

$0 \le \theta \le \frac{\pi}{2}$ の範囲において、方程式 $\sqrt{2} \sin \theta = k$ の解の個数が1個となるときの、実数 $k$ の値の範囲を...

三角関数方程式解の個数sin範囲
2025/7/15

関数 $f(x, y) = \arctan(\frac{y}{x})$ について、二階偏導関数 $f_{xx}(x, y)$, $f_{xy}(x, y)$, $f_{yy}(x, y)$ を求めよ。

偏微分二階偏導関数アークタンジェント
2025/7/15