三角比の微分公式
(sinX)'=cosX を表す。 |
微分の定義より,
sin(X+ΔX)−sinX
(sinX)’=lim------------------
ΔX→0 ΔX
分子に加法定理を使うと,
sinXcosΔX+cosXsinΔX−sinX
=lim----------------------------
ΔX→0
ΔX
分子を整理して,
sinX(cosΔX−1)+cosXsinΔX
=lim----------------------------
ΔX→0 ΔX
更に,極限を2つに分割して考えると,
cosΔX−1 sinΔX
=sinX × lim----------- + cosX
× lim---------- …………※
ΔX→0 ΔX
ΔX→0 ΔX
となる。
最初に,※式の右半分の極限を考える。
ΔX=hとおいて,
sinΔX
sinh
lim---------- = lim-------- を示す。
ΔX→0
ΔX h→0
h
単位円において,下図のような三角形@と扇形Aと三角形Bの面積を考える。
@ | A | B | 動く図 | |
これは |
が成り立つ。全体に 2/sinhをかけると,
h 1
cosh<--------<--------
sinh cosh
更に,逆数を取ると不等号の向きが逆転し,
1
sinh
-------->--------->cosh
cosh
h
極限を取ると,
1
sinh
lim-------->lim--------->lim
cosh
h→0 cosh
h→0 h
h→0
この式において,左の項と右の項について,
1
lim -------- = lim
cosh = 1 だから,
h→±0 cosh
h→±0
(±0とは,正の方から0に近づけることと,負の方から0に近づけることを意味している。)
よってはさまれた,中央の項の極限値,
(挟み撃ちメソッド)
sinh
lim--------- = 1 となる。
h→0
h
これは,原点におけるsinXの傾きが1となることを示している。
次に,※式の左半分の極限を考える。
ΔX=hとおいて,
cosΔX−1
cosh−1
lim-------------- = lim----------
を示す。
ΔX→0
ΔX h→0
h
分母分子に(cosh+1)をかけて,
cosh−1
(cosh-1)(cosh+1)
lim------------ = lim------------------
h→0 h
h→0 h(cosh+1)
cos2h-1
= lim-------------
h→0
h(cosh+1)
−sin2h
= lim-------------
h→0
h(cosh+1)
sinh
1
= −(lim sinh)(lim------)(lim----------)
h→0
h→0 h h→0
cosh+1
1
= −1× (
0 ) × ( 1 ) × -------
( 1 + 1 )
=
0
を得る。
よって,最初の※式は
cosΔX−1
sinΔX
(sinX)’=sinX ×
lim----------- + cosX × lim----------
ΔX→0 ΔX
ΔX→0 ΔX
= sinX × 0 + cosX × 1
= cosX
となる。