(1) 関数 の区間 における最大値 および最小値 を求めよ。
(2) (1) で定めた に対し,次の不等式を示せ。
です。この符号を見ます。
とおくと 、 です。 では なので 、 では逆向きに です。つまり は で最小になり、その値が ですから です。
よって で、 は区間の左端から右端までずっと増えます。最大は右端、最小は左端です。
は奇関数()ですから、、 です。 はおよそ で、たいへん小さい値です。
加法定理で と分けます。
後ろの は とおくと です。 が から まで動くとき は から出て に戻るので、この積分は です。
残るのは だけです。 そのものが式から消え、 しか出てこない形になりました。
ここが大事です。 は 以上 以下ですから、(1) の区間にちょうど収まります。 として (1) を使えます。
(1) の の定め方から です。 を入れて を掛けます。
となります。
から 、 を展開して です。
前の つを足すと です。示すべき不等式の左端が出てきました。残りは の項だけです。
とおきます。示すべきことは です。
は増える奇関数ですから、 で 、 で です。つまり と は同じ符号なので、 がすべての で成り立ちます。よって です。
上からは、 の範囲で の値が 以上 以下、 ですから です。
ですから です。合わせて が示せました。実際の値はおよそ で、 と のあいだにあります。