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半径1の単位円で、中心の角を とするよ。 をどんどん小さく(0 に近づけて)いくとき、 はどんな値に近づくと思う?
アニメを見なくても、このページの流れを最後まで文章で追えるよ。
半径1の単位円で、中心の角を とするよ。 をどんどん小さく(0 に近づけて)いくとき、 はどんな値に近づくと思う?
が小さいと も もどちらも 0 に近づくね。でも「その比」は決まった値に落ち着くみたい。 の行き先はどれ?
3つの図形の面積をくらべるよ。まず円の中の三角形 。底辺 、高さは の高さ 。だから面積は だね。
次に、弦 を弧まで広げた扇形 。角は弧度法(半径1の弧の長さ)で測るよ。扇形は円全体 の ぶんだから面積 。弧が弦よりふくらむぶん、三角形より少し大きいね。
いちばん外に、 での接線までの三角形 。底辺 、高さは で、面積は 。扇形をすっぽり含むから、これが最大だよ。
入れ子だから面積は 、つまり 。各辺を で割ると だね。
逆数をとると不等号の向きが変わって 。 では 。両側から 1 に挟まれるから、 も 1 に近づく!
答えは 。直接わからない極限も、大小がわかる式ではさんで追い込む=はさみうち。三角関数の微分は、この1つの極限から始まるんだ。
解き方がわかったら、次は答案に書く番。テストの解答用紙には、こんなふうに書けば伝わるよ。
とする。単位円の中心を 、、角 の円周上の点を とし、 における接線と直線 の交点を とする。
は底辺 、高さ なので面積は
扇形 は半径 、中心角 (弧度法)なので面積は
における接線は半径 に垂直なので で、 である。 は底辺 、高さ なので面積は
は扇形 に含まれ、扇形 は に含まれるので、、すなわち
なので各辺を でわると
各辺は正なので、逆数をとると不等号の向きが変わり
のとき なので、はさみうちの原理より
のときは、 より で なので、 のときも に近づく。
答え
減点されやすいポイント
はさみうちでは、「両側の式が同じ値 に近づく」ことを確かめてから結論を書こう。分子の が に近づくからといって比も とするのは定番のまちがいで、たとえば でも と に近いね。扇形の面積 は を弧度法で測ったときの式なので、度数法のまま使うと行き先が にならないよ。