画像に記載された数学の問題を解きます。 1. 極限値を求める問題が6問

解析学極限連続性逆三角関数有理化挟み撃ちの原理ロピタルの定理
2025/6/15

1. 問題の内容

画像に記載された数学の問題を解きます。

1. 極限値を求める問題が6問

2. 関数が $x=0$ で連続かどうかを調べる問題が2問

3. 逆三角関数の値を求める問題が3問

4. 逆三角関数を含む方程式を解く問題が2問

2. 解き方の手順

1. (1)

limx02+x22x2x2\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{2+x^2} - \sqrt{2-x^2}}{x^2}
分子を有理化します。
limx0(2+x22x2)(2+x2+2x2)x2(2+x2+2x2)=limx0(2+x2)(2x2)x2(2+x2+2x2)=limx02x2x2(2+x2+2x2)=limx022+x2+2x2=22+2=222=12=22\lim_{x \to 0} \frac{(\sqrt{2+x^2} - \sqrt{2-x^2})(\sqrt{2+x^2} + \sqrt{2-x^2})}{x^2(\sqrt{2+x^2} + \sqrt{2-x^2})} = \lim_{x \to 0} \frac{(2+x^2) - (2-x^2)}{x^2(\sqrt{2+x^2} + \sqrt{2-x^2})} = \lim_{x \to 0} \frac{2x^2}{x^2(\sqrt{2+x^2} + \sqrt{2-x^2})} = \lim_{x \to 0} \frac{2}{\sqrt{2+x^2} + \sqrt{2-x^2}} = \frac{2}{\sqrt{2} + \sqrt{2}} = \frac{2}{2\sqrt{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2}

1. (2)

limxx(2x2x+1)\lim_{x \to \infty} \sqrt{x}(\sqrt{2x} - \sqrt{2x+1})
limxx(2x2x+1)=limxx(2x2x+1)(2x+2x+1)2x+2x+1=limxx2x(2x+1)2x+2x+1=limxx2x+2x+1=limxxx(2+2+1x)=limx12+2+1x=12+2=122=24\lim_{x \to \infty} \sqrt{x}(\sqrt{2x} - \sqrt{2x+1}) = \lim_{x \to \infty} \sqrt{x}\frac{(\sqrt{2x} - \sqrt{2x+1})(\sqrt{2x} + \sqrt{2x+1})}{\sqrt{2x} + \sqrt{2x+1}} = \lim_{x \to \infty} \sqrt{x}\frac{2x - (2x+1)}{\sqrt{2x} + \sqrt{2x+1}} = \lim_{x \to \infty} \frac{-\sqrt{x}}{\sqrt{2x} + \sqrt{2x+1}} = \lim_{x \to \infty} \frac{-\sqrt{x}}{\sqrt{x}(\sqrt{2} + \sqrt{2+\frac{1}{x}})} = \lim_{x \to \infty} \frac{-1}{\sqrt{2} + \sqrt{2+\frac{1}{x}}} = \frac{-1}{\sqrt{2} + \sqrt{2}} = \frac{-1}{2\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{2}}{4}

1. (3)

limx0xsin1x\lim_{x \to 0} x\sin{\frac{1}{x}}
1sin1x1-1 \leq \sin{\frac{1}{x}} \leq 1
xxsin1xx-|x| \leq x\sin{\frac{1}{x}} \leq |x|
limx0x=0\lim_{x \to 0} -|x| = 0
limx0x=0\lim_{x \to 0} |x| = 0
挟み撃ちの原理より
limx0xsin1x=0\lim_{x \to 0} x\sin{\frac{1}{x}} = 0

1. (4)

limx0sin2xsin3x=limx0sin2x2x3xsin3x2x3x=1123=23\lim_{x \to 0} \frac{\sin{2x}}{\sin{3x}} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin{2x}}{2x}\frac{3x}{\sin{3x}}\frac{2x}{3x} = 1 \cdot 1 \cdot \frac{2}{3} = \frac{2}{3}

1. (5)

limx0ex+ex2x\lim_{x \to 0} \frac{e^x + e^{-x} - 2}{x}
limx0ex+ex2x=limx0ex1x+limx0ex1x=1+limx0ex1x=1+(1)limx0ex1x=11=0\lim_{x \to 0} \frac{e^x + e^{-x} - 2}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x} + \lim_{x \to 0} \frac{e^{-x} - 1}{x} = 1 + \lim_{x \to 0} \frac{e^{-x} - 1}{x} = 1 + (-1) \lim_{x \to 0} \frac{e^{-x} - 1}{-x} = 1 - 1 = 0
またはロピタルの定理より
limx0ex+ex2x=limx0exex1=e0e0=11=0\lim_{x \to 0} \frac{e^x + e^{-x} - 2}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{e^x - e^{-x}}{1} = e^0 - e^0 = 1 - 1 = 0

1. (6)

limx1x11x\lim_{x \to 1} x^{\frac{1}{1-x}}
y=x11xy = x^{\frac{1}{1-x}}
logy=11xlogx\log{y} = \frac{1}{1-x}\log{x}
limx1logy=limx1logx1x\lim_{x \to 1} \log{y} = \lim_{x \to 1} \frac{\log{x}}{1-x}
ロピタルの定理より
limx1logx1x=limx11x1=1\lim_{x \to 1} \frac{\log{x}}{1-x} = \lim_{x \to 1} \frac{\frac{1}{x}}{-1} = -1
limx1logy=1\lim_{x \to 1} \log{y} = -1
limx1y=e1=1e\lim_{x \to 1} y = e^{-1} = \frac{1}{e}

2. (1)

f(x)={sin2xx(x0)1(x=0)f(x) = \begin{cases} \frac{\sin{2x}}{x} & (x \neq 0) \\ 1 & (x = 0) \end{cases}
limx0sin2xx=limx0sin2x2x2=12=2\lim_{x \to 0} \frac{\sin{2x}}{x} = \lim_{x \to 0} \frac{\sin{2x}}{2x} \cdot 2 = 1 \cdot 2 = 2
f(0)=1f(0) = 1
limx0f(x)f(0)\lim_{x \to 0} f(x) \neq f(0)
よって、x=0で不連続

3. (2)

f(x)={2xsin1x(x0)1(x=0)f(x) = \begin{cases} 2x\sin{\frac{1}{x}} & (x \neq 0) \\ 1 & (x = 0) \end{cases}
limx02xsin1x=0\lim_{x \to 0} 2x\sin{\frac{1}{x}} = 0
f(0)=1f(0) = 1
limx0f(x)f(0)\lim_{x \to 0} f(x) \neq f(0)
よって、x=0で不連続

4. (1)

sin132=π3\sin^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\pi}{3}

5. (2)

cos1(12)=2π3\cos^{-1}(-\frac{1}{2}) = \frac{2\pi}{3}

6. (3)

cos132=π6\cos^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\pi}{6}

7. (1)

sin1x=tan15\sin^{-1}x = \tan^{-1}\sqrt{5}
θ=tan15\theta = \tan^{-1}\sqrt{5}
tanθ=5\tan\theta = \sqrt{5}
sinθ=56\sin\theta = \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{6}}
x=56=306x = \frac{\sqrt{5}}{\sqrt{6}} = \frac{\sqrt{30}}{6}

8. (2)

sin1x=sin113+sin179\sin^{-1}x = \sin^{-1}\frac{1}{3} + \sin^{-1}\frac{7}{9}
sin1x=α+β\sin^{-1}x = \alpha + \beta
α=sin113,β=sin179\alpha = \sin^{-1}\frac{1}{3}, \beta = \sin^{-1}\frac{7}{9}
sinα=13,sinβ=79\sin\alpha = \frac{1}{3}, \sin\beta = \frac{7}{9}
cosα=1sin2α=119=223\cos\alpha = \sqrt{1 - \sin^2\alpha} = \sqrt{1 - \frac{1}{9}} = \frac{2\sqrt{2}}{3}
cosβ=1sin2β=14981=3281=429\cos\beta = \sqrt{1 - \sin^2\beta} = \sqrt{1 - \frac{49}{81}} = \sqrt{\frac{32}{81}} = \frac{4\sqrt{2}}{9}
sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ=13429+22379=4227+14227=18227=223\sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \cos\alpha\sin\beta = \frac{1}{3}\cdot\frac{4\sqrt{2}}{9} + \frac{2\sqrt{2}}{3}\cdot\frac{7}{9} = \frac{4\sqrt{2}}{27} + \frac{14\sqrt{2}}{27} = \frac{18\sqrt{2}}{27} = \frac{2\sqrt{2}}{3}
x=223x = \frac{2\sqrt{2}}{3}

3. 最終的な答え

1. (1): $\frac{\sqrt{2}}{2}$

2. (2): $-\frac{\sqrt{2}}{4}$

3. (3): $0$

4. (4): $\frac{2}{3}$

5. (5): $0$

6. (6): $\frac{1}{e}$

7. (1): 不連続

8. (2): 不連続

9. (1): $\frac{\pi}{3}$

1

0. (2): $\frac{2\pi}{3}$

1

1. (3): $\frac{\pi}{6}$

1

2. (1): $\frac{\sqrt{30}}{6}$

1

3. (2): $\frac{2\sqrt{2}}{3}$

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