与えられた3つの極限を計算します。 (1) $\lim_{x \to -\infty} (\sqrt{9x^2 + x} + 3x)$ (2) $\lim_{\theta \to 0} \frac{1 - \cos \theta}{4 \theta \sin \theta}$ (3) $\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 - \cos 6x}}{x}$

解析学極限三角関数平方根
2025/6/11

1. 問題の内容

与えられた3つの極限を計算します。
(1) limx(9x2+x+3x)\lim_{x \to -\infty} (\sqrt{9x^2 + x} + 3x)
(2) limθ01cosθ4θsinθ\lim_{\theta \to 0} \frac{1 - \cos \theta}{4 \theta \sin \theta}
(3) limx01cos6xx\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 - \cos 6x}}{x}

2. 解き方の手順

(1) limx(9x2+x+3x)\lim_{x \to -\infty} (\sqrt{9x^2 + x} + 3x)
xx \to -\infty なので、x<0x < 0 です。
9x2+x+3x=(9x2+x+3x)(9x2+x3x)9x2+x3x=9x2+x9x29x2+x3x=x9x2+x3x\sqrt{9x^2 + x} + 3x = \frac{(\sqrt{9x^2 + x} + 3x)(\sqrt{9x^2 + x} - 3x)}{\sqrt{9x^2 + x} - 3x} = \frac{9x^2 + x - 9x^2}{\sqrt{9x^2 + x} - 3x} = \frac{x}{\sqrt{9x^2 + x} - 3x}
ここで、x=tx = -t とおくと、xx \to -\infty のとき tt \to \infty となり、
x9x2+x3x=t9t2t+3t=tt91t+3t=191t+3\frac{x}{\sqrt{9x^2 + x} - 3x} = \frac{-t}{\sqrt{9t^2 - t} + 3t} = \frac{-t}{t\sqrt{9 - \frac{1}{t}} + 3t} = \frac{-1}{\sqrt{9 - \frac{1}{t}} + 3}
limt191t+3=190+3=13+3=16\lim_{t \to \infty} \frac{-1}{\sqrt{9 - \frac{1}{t}} + 3} = \frac{-1}{\sqrt{9 - 0} + 3} = \frac{-1}{3 + 3} = -\frac{1}{6}
(2) limθ01cosθ4θsinθ\lim_{\theta \to 0} \frac{1 - \cos \theta}{4 \theta \sin \theta}
limθ01cosθ4θsinθ=limθ01cosθθ2θsinθ14=limθ02sin2θ2θ2θsinθ14=limθ02(sinθ2θ)2θsinθ14\lim_{\theta \to 0} \frac{1 - \cos \theta}{4 \theta \sin \theta} = \lim_{\theta \to 0} \frac{1 - \cos \theta}{\theta^2} \cdot \frac{\theta}{\sin \theta} \cdot \frac{1}{4} = \lim_{\theta \to 0} \frac{2 \sin^2 \frac{\theta}{2}}{\theta^2} \cdot \frac{\theta}{\sin \theta} \cdot \frac{1}{4} = \lim_{\theta \to 0} 2 \cdot (\frac{\sin \frac{\theta}{2}}{\theta})^2 \cdot \frac{\theta}{\sin \theta} \cdot \frac{1}{4}
=2(12)2114=21414=18= 2 \cdot (\frac{1}{2})^2 \cdot 1 \cdot \frac{1}{4} = 2 \cdot \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{4} = \frac{1}{8}
または、1cosθ=2sin2(θ/2)1 - \cos \theta = 2 \sin^2(\theta/2) なので
1cosθ4θsinθ=2sin2(θ/2)4θsinθ=sin2(θ/2)2θsinθ=sin(θ/2)θ/2sin(θ/2)θ/2θsinθ18\frac{1 - \cos \theta}{4 \theta \sin \theta} = \frac{2 \sin^2(\theta/2)}{4 \theta \sin \theta} = \frac{\sin^2(\theta/2)}{2 \theta \sin \theta} = \frac{\sin(\theta/2)}{\theta/2} \cdot \frac{\sin(\theta/2)}{\theta/2} \cdot \frac{\theta}{\sin \theta} \cdot \frac{1}{8}
limθ0sin(θ/2)θ/2sin(θ/2)θ/2θsinθ18=11118=18\lim_{\theta \to 0} \frac{\sin(\theta/2)}{\theta/2} \cdot \frac{\sin(\theta/2)}{\theta/2} \cdot \frac{\theta}{\sin \theta} \cdot \frac{1}{8} = 1 \cdot 1 \cdot 1 \cdot \frac{1}{8} = \frac{1}{8}
(3) limx01cos6xx\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 - \cos 6x}}{x}
1cos6x=2sin23x1 - \cos 6x = 2 \sin^2 3x
limx01cos6xx=limx02sin23xx=limx02sin3xx\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 - \cos 6x}}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{2 \sin^2 3x}}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{2} |\sin 3x|}{x}
ここで、x+0x \to +0 のとき、sin3x>0\sin 3x > 0 なので
limx+02sin3xx=23=32\lim_{x \to +0} \frac{\sqrt{2} \sin 3x}{x} = \sqrt{2} \cdot 3 = 3\sqrt{2}
x0x \to -0 のとき、sin3x<0\sin 3x < 0 なので
limx02sin3xx=2(3)=32\lim_{x \to -0} \frac{-\sqrt{2} \sin 3x}{x} = -\sqrt{2} \cdot (-3) = 3\sqrt{2}
したがって、limx01cos6xx=32\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{1 - \cos 6x}}{x} = 3\sqrt{2}

3. 最終的な答え

(1) 16-\frac{1}{6}
(2) 18\frac{1}{8}
(3) 323\sqrt{2}

「解析学」の関連問題

次の極限を求めます。 $\displaystyle \lim_{x \to 1} \frac{\sin \pi x}{x-1}$

極限三角関数lim
2025/6/13

$\lim_{x \to 0} \frac{3 \sin^{-1}(\frac{x}{5})}{x}$ を求める問題です。

極限ロピタルの定理逆三角関数マクローリン展開
2025/6/13

$\lim_{x \to 0} \frac{\cos x - 1}{x \sin x}$ の値をロピタルの定理を用いて求め、$\frac{1}{[ア]}$ の形で表したときの$[ア]$に入る数字を求め...

極限ロピタルの定理微積分
2025/6/13

次の極限を求めます。 $\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{x - \frac{\pi}{2}}{\tan x}$

極限三角関数置換不定形加法定理
2025/6/13

与えられた極限 $\lim_{x \to 1} \frac{1 - x^2}{\sin(x-1)}$ を計算する問題です。

極限三角関数因数分解
2025/6/13

与えられた極限 $\lim_{x \to 1} \frac{1 - x^2}{\sin(x - 1)}$ を計算します。

極限三角関数因数分解
2025/6/13

以下の極限値を求める問題です。 $\lim_{x \to \infty} x (\tan^{-1}x - \frac{\pi}{2})$ これは、$\lim_{x \to \infty} \frac{...

極限ロピタルの定理逆正接関数
2025/6/13

$a$を実数とする。$\theta$の方程式 $2\cos^2\theta + \sqrt{3}\sin2\theta - 4a(\sqrt{3}\cos\theta + \sin\theta - 2...

三角関数方程式解の個数二次方程式三角関数の合成微分積分
2025/6/13

次の極限を求める問題です。 $\lim_{x \to \frac{\pi}{2}} \frac{x - \frac{\pi}{2}}{\tan x}$

極限ロピタルの定理微分三角関数
2025/6/13

$\lim_{x\to 0} \frac{\cos x - 1}{x \sin x}$ の極限値をロピタルの定理を用いて求め、その結果を $-\frac{1}{ア}$ の形で表すとき、ア に入る数字を...

極限ロピタルの定理三角関数微分
2025/6/13