【微分積分】3-5-3 不定形の極限|要点まとめ

このページでは、大学数学・微分積分で学ぶ「不定形の極限」について、ロピタルの定理を用いた求め方を中心に解説します。定義・証明・例題を通して、不定形の扱い方と極限計算の本質を体系的に理解できます。

ロピタルの定理の内容と使い方

【ロピタルの定理】
関数\(f(x)\)と\(g(x)\)はともに点\(a\)のある近傍上で点\(a\)を除いて微分可能で、\(g'(x)\neq0\)とする。このとき
\(\displaystyle \lim_{x\to a}f(x)=\lim_{x\to a}g(x)=0\)
または
\(\displaystyle \lim_{x\to a}f(x)=\lim_{x\to a}g(x)=\pm\infty\)
であり、さらに極限\(\displaystyle \lim_{x\to a}\frac{f'(x)}{g'(x)}\)が存在すれば、\(\displaystyle \lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)}\)も存在し
\(\displaystyle \lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)}=\lim_{x\to a}\frac{f'(x)}{g'(x)}\)
が成り立つ。

【例題】次の関数の極限値を求めなさい。

(1)\(\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{x-\log(x+1)}{x^2}\)
(2)\(\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{\tan x-x}{x-\sin x}\)
(3)\(\displaystyle \lim_{x\to\infty}x^2e^{-3x}\)
(4)\(\displaystyle \lim_{x\to0}\frac{x-\sin x}{x^3}\)
(5)\(\displaystyle \lim_{x\to\frac{\pi}{2}}\frac{e^{\sin x}-e}{\log(\sin x)}\)
(6)\(\displaystyle \lim_{x\to\infty}\frac{\log x}{\sqrt{x}}\)
(7)\(\displaystyle \lim_{x\to+0}x\log x\)
(8)\(\displaystyle \lim_{x\to\infty}x\log\frac{x+1}{x-1}\)
(9)\(\displaystyle \lim_{x\to1}\left(\frac{1}{x-1}-\frac{1}{\log x}\right)\)
(10)\(\displaystyle \lim_{x\to0}\left(\frac{1}{x^2}-\frac{1}{x\sin x}\right)\)
(11)\(\displaystyle \lim_{x\to+0}x^{\sqrt{x}}\)
(12)\(\displaystyle \lim_{x\to\infty}\left(\frac{2}{\pi}\tan^{-1}x\right)^x\)
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