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数列の極限と関数の極限の求め方をわかりやすく解説

公開日: 2026/7/11

📐 公式まとめ

  • 1. 数列の極限とは

    limnan=α\lim_{n\to\infty} a_n = \alpha
  • 4. 関数の極限とは

    limxaf(x)=α\lim_{x\to a} f(x) = \alpha

1. 数列の極限とは

数列 {an}\{a_n\} において、nn を限りなく大きくしたときに ana_n がある一定の値 α\alpha に限りなく近づくとき、これを数列の極限といい、次のように表します。

limnan=α\lim_{n\to\infty} a_n = \alpha

2. 数列の極限の求め方(基本パターン)

分数式の極限で、分子・分母がともに nn\to\infty で無限大に発散する形(\dfrac{\infty}{\infty}不定形と呼ばれます)は、そのままでは値が定まりません。このようなときは、分母の最高次の項で分子・分母を割るのが基本の解き方です。

2.1. 例題1: 分数式の数列の極限

次の極限を求めなさい。

limn2n+3n+1\lim_{n\to\infty} \frac{2n+3}{n+1}

分母の最高次の項 nn で分子・分母を割ると、

limn2n+3n+1=limn2+3n1+1n\lim_{n\to\infty} \frac{2n+3}{n+1} = \lim_{n\to\infty} \frac{2+\frac{3}{n}}{1+\frac{1}{n}}

nn\to\infty のとき 3n0\dfrac{3}{n}\to01n0\dfrac{1}{n}\to0 なので、

=2+01+0=2= \frac{2+0}{1+0} = 2

3. 不定形の極限の解消方法

\dfrac{\infty}{\infty} の不定形は、分母の最高次の項で割ることで、00\dfrac{0}{0} の形を含まない計算に持ち込めます。

3.1. 例題2: \dfrac{\infty}{\infty} の不定形

次の極限を求めなさい。

limn3n2+2nn25\lim_{n\to\infty} \frac{3n^2+2n}{n^2-5}

分母の最高次の項 n2n^2 で分子・分母を割ると、

=limn3+2n15n2=3+010=3= \lim_{n\to\infty} \frac{3+\frac{2}{n}}{1-\frac{5}{n^2}} = \frac{3+0}{1-0} = 3

(本文中への画像挿入案: /images/math-3/kyokugen-kihon-graf.png、alt=「x→2のときの極限値と、そこに近づく点の動きを示したグラフ」をこのセクションの下に配置すると、極限が「限りなく近づく」という意味であることが視覚的に伝わりやすくなります。)

4. 関数の極限とは

関数 f(x)f(x) において、xx がある値 aa に限りなく近づくとき、f(x)f(x) がある値 α\alpha に限りなく近づくならば、これを関数の極限といい、次のように表します。

limxaf(x)=α\lim_{x\to a} f(x) = \alpha

5. 関数の極限の求め方

xax\to a のときに分子・分母がともに 00 に近づく形(00\dfrac{0}{0} の不定形)は、因数分解して約分することで解消できます。

5.1. 例題3: 00\dfrac{0}{0} の不定形を因数分解で解消

次の極限を求めなさい。

limx2x24x2\lim_{x\to2} \frac{x^2-4}{x-2}

分子を因数分解すると x24=(x2)(x+2)x^2-4=(x-2)(x+2) なので、

limx2(x2)(x+2)x2=limx2(x+2)=4\lim_{x\to2} \frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = \lim_{x\to2}(x+2) = 4

x=2x=2 そのものを代入するのではなく、x2x-2 を約分してから x2x\to2 の極限を考える点がポイントです。

5.2. 例題4: xx\to\infty のときの極限

次の極限を求めなさい。

limx2x2+3xx2+1\lim_{x\to\infty} \frac{2x^2+3x}{x^2+1}

分母の最高次の項 x2x^2 で分子・分母を割ると、

=limx2+3x1+1x2=2+01+0=2= \lim_{x\to\infty} \frac{2+\frac{3}{x}}{1+\frac{1}{x^2}} = \frac{2+0}{1+0} = 2

数列や関数の極限は、合成関数と逆関数の微分 で登場する導関数の定義そのものにもつながる、数学IIIの土台となる考え方です。

6. クイズ

  1. limn5n12n+3\displaystyle\lim_{n\to\infty} \frac{5n-1}{2n+3} を求めなさい。

    • 答えを見る正解: 52\dfrac52。分母の最高次 nn で割ると 51n2+3n52\dfrac{5-\frac1n}{2+\frac3n}\to\dfrac{5}{2}
  2. limx3x29x3\displaystyle\lim_{x\to3} \frac{x^2-9}{x-3} を求めなさい。

    • 答えを見る正解: 66。因数分解すると (x3)(x+3)x3=x+36\dfrac{(x-3)(x+3)}{x-3}=x+3\to6(x3x\to3)。
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