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English

グラフの傾きを追うと sin は cos になる - 三角関数の微分

の各点で接線を引き、その傾きを並べていくと が描けます。

のグラフは最も急に昇り、傾きは と合っています。

では頂上なので傾きは 。ここも合う。

係数が付かないきれいな形になるのは、角をラジアンで測っているからです[1]

定義に戻って導く

微分の定義に入れます。

分子を加法定理でばらします。

でくくれる部分と、 でくくれる部分に分かれました。

ここで極限の 2 つの結果を使います。 です[2]

前半は 、後半は 。合わせて が残ります。

加法定理と 2 つの極限。この 2 つがあれば、微分公式は自分で作れます。

cos の微分に負号が付く理由

でも同じ計算をすると が出ます。負号はどこから来たのか。

グラフで見ると素直です。 の近くで は下り坂になっています。

が最大値で、そこから減っていく。だから傾きは負です。 から始まり、負へ入る。

が上り坂から始まるのに対し、 は頂上から始まる。この差が負号になっています。

tan の微分

なので、商の微分を当てます。

分子は

分母は です。

分子が になるのは相互関係のおかげ。 がここでも効いています[3]

はつねに正です。 のグラフが各区間で増え続けることと合っています。

を使って と書くこともあります。

中身が x でないとき

ではありません。中身の微分が外に出ます。

です。

確かめ方があります。 より波が 2 倍細かいので、傾きも 2 倍きつくなる。

一般の合成でも同じです。

になります。中身をそのまま残し、その微分を前に掛ける。

積になっている場合

を微分します。積の微分公式を使う。

なので、

なら です。

は合成として扱えます。

なので、 とも書ける。2 倍角がここで顔を出します。

4 回微分すると戻る

を続けて微分していきます。、そして

4 回で一巡します。 ずつ回っている、と見ることもできる。

回微分せよ、という問題はこの周期で解けます。 で余りが なので、 に戻る。

回なら余りが です。余りだけを見ればよい。

canvas: 式は呼び出しにそのまま書いてください。この引数は焼けません -> drawMath(… cycleLabel[index] …)

極値を求める

での最大と最小を出します。

微分すると を解きます。

から 、つまり

の前後で は正から負へ変わるので、ここが極大です。

値は では で極小になります。

合成すると なので、振幅が 。微分せずとも同じ答えが読めます。

2 通りで一致したので、計算に自信が持てます。

まちがえやすい点

の負号を落とす誤りが最も多い。 から へは符号がそのまま、 から へは負が付きます。

のグラフが原点で上り、 で下る。ここを思い出せば向きが決まります。

とする誤りも同じくらい起きます。中身の微分 を外に出します。

とする誤りもあります。度では が掛かる[1]

とするとり違えも見ます。分母は のほうです。

を微分するとどれになりますか。

__RESULT__

です。 なので になります。負号は の微分から、 は中身 の微分から出てきます。両方をそろえて初めて正しい形です。

積の形も確かめます。

を微分するとどれになりますか。

__RESULT__

積の微分 を当てます。 なので です。 の微分の負号が、そのまま第 2 項の符号になります。

加法定理でばらし、2 つの極限を当てる。微分公式は覚える前に、一度は自分で作れます。

参考文献

Trigonometric functions. Encyclopedia of Mathematics().
Proof of Trig Limits. Paul's Online Notes, Lamar University(2 つの極限から微分公式へ).
É. Bouchet. Trigonométrie, Cours de PCSI, Définition 1.3 と Prérequis( の定義と ).
$y = \sin x$ の各点で接線を引き、傾きを並べていくと $y = \cos x$ が現れます。$x = 0$ で傾き $1$、頂上で $0$。定義に戻ると、加法定理で $\sin(x+h)$ をばらしたあと $\dfrac{\sin h}{h} \to 1$ と $\dfrac{\cos h - 1}{h} \to 0$ を当てるだけで導けます。$\cos$ の微分に負号が付くのは、$x=0$ が頂上で下り坂だから。$(\tan x)' = \dfrac{1}{\cos^2 x}$ の分子が $1$ になる仕組み、$(\sin 2x)'$ に $2$ が出る理由、4 回で一巡することを使う $100$ 回微分まで。