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English

「極限値をもつ」という一言から関数の形まで定まる

という条件から、 の 2 つが出ます。

条件は 1 つしか書かれていないのに、式が 2 本立つ。極限値が存在するという言葉自体が、1 本ぶんの条件になっているためです[1]

なら、これで が決まります。

分子も に近づくしかない

分母の に近づきます。

もし分子が でない値に近づいたら、分数全体は限りなく大きくなってしまう。極限値をもてません。

だから分子も に近づく必要があります。 は多項式なので、 ということです。

分母が に近づくことを確かめる

極限値があるなら分子も だと言う

残った式を定義の形と見て の条件を出す

が分かったら、もとの式に戻します。

右辺は微分係数の定義そのものです。極限は になります。

与えられた値が なので 。これで 2 本目の式が出ました。

分子が にならないと、グラフは上下へ飛んでいきます。 のときだけ 1 つの値に落ち着く。

例:3 次関数の係数を決める

とします。

が 1 本目。

から になります。

です。確かめると で、 の極限は

例:定数項がない形

とします。

から

より

引くと です。

で、 の極限は 。合っています。

条件式 1式 2
が有限

分子が でない値に近づく形

では、分子が です。

極限値があるので 、つまり

残りは の形なので、極限は 。値は です。

引かれている定数がそのまま の値になります。

分子の定数は、 がその値であることを表す

に近づくには が要る。定数が条件を 1 つ運んでいる。

分母が 乗の場合

が有限の値をもつとします。

分母は に近づき、しかも より速く小さくなります。

分子が を満たすだけでは足りません。 に近づくので、全体は のように振る舞います。

これが有限になるには も必要です。 で割り切れる条件と同じ。

なら から

で、極限は になります。

分母の次数だけ条件が増えます。数学 II で扱うのは 乗までです。

例:分子が 2 次式

となる を求めます。

分子を とすると

から です。

で、 の極限は 。合っています。

因数分解して約分する道もありますが、微分係数を使うと文字を残したまま処理できます。

因数分解で解く

分子を でくくり、残りに代入する。数値のときは速い

微分係数で解く

の 2 式を書く。文字が入っていても同じ手順で進む

を満たすとき、 の値はどれですか。

__RESULT__

から なので です。 から も出ます。

分母が 乗の場合も確かめます。

が有限の値をもつために必要な条件はどれですか。

  • かつ
  • だけ
  • だけ
__RESULT__

だけだと に近づき、それをさらに で割ることになります。 も要ります。 で割り切れる条件と同じです。

極限値があると書いてあれば、分子が に近づくことが決まります。その一言が式を 1 本増やしてくれます。

出典

Paul Dawkins. *The Definition of the Derivative*. Paul's Online Notes, Lamar University.
3.1 Defining the Derivative. Calculus Volume 1, OpenStax.
Derivative. Encyclopedia of Mathematics.
$\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{f(x)}{x-1} = 3$ という 1 行の条件から、$f(1) = 0$ と $f'(1) = 3$ の 2 式が出ます。分母が $0$ へ向かうので、極限値があるなら分子も $0$ に向かうしかない。残った式は微分係数の定義そのものです。$x^3 + ax + b$ なら $x^3 - 1$ に定まります。分子に定数が引かれていればそれが $f(a)$ の値、分母が $2$ 乗なら $f'(a) = 0$ も加わって $(x-a)^2$ で割り切れる条件と一致する。分子が 2 次式の場合も同じ手順で進みます。