次の6つの極限値を求めます。 (1) $\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x}$ (2) $\lim_{x \to 0} \frac{x \tan x}{1 - \cos x}$ (3) $\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{4x}$ (4) $\lim_{x \to \pi} \frac{\sin x}{x - \pi}$ (5) $\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{1 - \cos 2x}$ (6) $\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{\sin(2 \cos x)}{x - \frac{\pi}{2}}$

解析学極限三角関数ロピタルの定理
2025/4/2
はい、承知いたしました。与えられた問題を解きます。

1. 問題の内容

次の6つの極限値を求めます。
(1) limx0sin5xsin2x\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x}
(2) limx0xtanx1cosx\lim_{x \to 0} \frac{x \tan x}{1 - \cos x}
(3) limxxsin14x\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{4x}
(4) limxπsinxxπ\lim_{x \to \pi} \frac{\sin x}{x - \pi}
(5) limx0x21cos2x\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{1 - \cos 2x}
(6) limxπ2sin(2cosx)xπ2\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{\sin(2 \cos x)}{x - \frac{\pi}{2}}

2. 解き方の手順

(1)
limx0sin5xsin2x=limx0sin5x5x2xsin2x5x2x=limx0sin5x5xlimx02xsin2xlimx052=1152=52\lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{\sin 2x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} \cdot \frac{2x}{\sin 2x} \cdot \frac{5x}{2x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin 5x}{5x} \cdot \lim_{x \to 0} \frac{2x}{\sin 2x} \cdot \lim_{x \to 0} \frac{5}{2} = 1 \cdot 1 \cdot \frac{5}{2} = \frac{5}{2}
(2)
limx0xtanx1cosx=limx0xsinxcosx1cosx=limx0xsinxcosx(1cosx)=limx0xsinxcosx(1cosx)1+cosx1+cosx=limx0xsinx(1+cosx)cosx(1cos2x)=limx0xsinx(1+cosx)cosxsin2x=limx0x(1+cosx)cosxsinx=limx0xsinxlimx01+cosxcosx=11+11=2\lim_{x \to 0} \frac{x \tan x}{1 - \cos x} = \lim_{x \to 0} \frac{x \frac{\sin x}{\cos x}}{1 - \cos x} = \lim_{x \to 0} \frac{x \sin x}{\cos x (1 - \cos x)} = \lim_{x \to 0} \frac{x \sin x}{\cos x (1 - \cos x)} \cdot \frac{1 + \cos x}{1 + \cos x} = \lim_{x \to 0} \frac{x \sin x (1 + \cos x)}{\cos x (1 - \cos^2 x)} = \lim_{x \to 0} \frac{x \sin x (1 + \cos x)}{\cos x \sin^2 x} = \lim_{x \to 0} \frac{x (1 + \cos x)}{\cos x \sin x} = \lim_{x \to 0} \frac{x}{\sin x} \cdot \lim_{x \to 0} \frac{1 + \cos x}{\cos x} = 1 \cdot \frac{1 + 1}{1} = 2
(3)
limxxsin14x\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{4x}
t=14xt = \frac{1}{4x} と置くと、xx \to \infty のとき t0t \to 0
limxxsin14x=limt014tsint=limt0sint4t=14limt0sintt=141=14\lim_{x \to \infty} x \sin \frac{1}{4x} = \lim_{t \to 0} \frac{1}{4t} \sin t = \lim_{t \to 0} \frac{\sin t}{4t} = \frac{1}{4} \lim_{t \to 0} \frac{\sin t}{t} = \frac{1}{4} \cdot 1 = \frac{1}{4}
(4)
limxπsinxxπ\lim_{x \to \pi} \frac{\sin x}{x - \pi}
t=xπt = x - \pi と置くと、xπx \to \pi のとき t0t \to 0
limxπsinxxπ=limt0sin(t+π)t=limt0sintt=1\lim_{x \to \pi} \frac{\sin x}{x - \pi} = \lim_{t \to 0} \frac{\sin (t + \pi)}{t} = \lim_{t \to 0} \frac{-\sin t}{t} = -1
(5)
limx0x21cos2x=limx0x22sin2x=limx012x2sin2x=12limx0(xsinx)2=1212=12\lim_{x \to 0} \frac{x^2}{1 - \cos 2x} = \lim_{x \to 0} \frac{x^2}{2 \sin^2 x} = \lim_{x \to 0} \frac{1}{2} \cdot \frac{x^2}{\sin^2 x} = \frac{1}{2} \lim_{x \to 0} (\frac{x}{\sin x})^2 = \frac{1}{2} \cdot 1^2 = \frac{1}{2}
(6)
limxπ2sin(2cosx)xπ2\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{\sin(2 \cos x)}{x - \frac{\pi}{2}}
t=xπ2t = x - \frac{\pi}{2} と置くと、xπ2x \to \frac{\pi}{2} のとき t0t \to 0
limxπ2sin(2cosx)xπ2=limt0sin(2cos(t+π2))t=limt0sin(2(sint))t=limt0sin(2sint)t=limt0sin(2sint)t=limt0sin(2sint)2sint2sintt=121=2\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{\sin(2 \cos x)}{x - \frac{\pi}{2}} = \lim_{t \to 0} \frac{\sin(2 \cos (t + \frac{\pi}{2}))}{t} = \lim_{t \to 0} \frac{\sin(2 (-\sin t))}{t} = \lim_{t \to 0} \frac{\sin(-2 \sin t)}{t} = \lim_{t \to 0} \frac{- \sin(2 \sin t)}{t} = \lim_{t \to 0} \frac{- \sin(2 \sin t)}{2 \sin t} \cdot \frac{2 \sin t}{t} = -1 \cdot 2 \cdot 1 = -2

3. 最終的な答え

(1) 52\frac{5}{2}
(2) 22
(3) 14\frac{1}{4}
(4) 1-1
(5) 12\frac{1}{2}
(6) 2-2

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