1. 数列の極限とは
数列 {an} において、n を限りなく大きくしたときに an がある一定の値 α 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。
n→∞liman=α
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 n→∞ で無限大に発散する形(∞∞、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。
n→∞limn+12n+3
分母の最高次の項 n で分子・分母を割ると、
n→∞limn+12n+3=n→∞lim1+n12+n3
n→∞ のとき n3→0、n1→0 なので、
=1+02+0=2
3. 不定形の極限の解消方法
∞∞ の不定形は、分母の最高次の項で割ることで、00 の形を含まない計算に持ち込めます。
3.1. 例題2: ∞∞ の不定形
次の極限を求めなさい。
n→∞limn2−53n2+2n
分母の最高次の項 n2 で分子・分母を割ると、
=n→∞lim1−n253+n2=1−03+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) において、x がある値 a に限りなく近づくとき、f(x) がある値 α 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。
x→alimf(x)=α
5. 関数の極限の求め方
x→a のときに分子・分母がともに 0 に近づく形(00 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 の不定形を因数分解で解消
次の極限を求めなさい。
x→2limx−2x2−4
分子を因数分解すると x2−4=(x−2)(x+2) なので、
x→2limx−2(x−2)(x+2)=x→2lim(x+2)=4
x=2 そのものを代入するのではなく、x−2 を約分してから x→2 の極限を考える点がポイントです。
5.2. 例題4: x→∞ のときの極限
次の極限を求めなさい。
x→∞limx2+12x2+3x
分母の最高次の項 x2 で分子・分母を割ると、
=x→∞lim1+x212+x3=1+02+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
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n→∞lim2n+35n−1 を求めなさい。
答えを見る
正解: 25。分母の最高次 n で割ると 2+n35−n1→25。
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x→3limx−3x2−9 を求めなさい。
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正解: 6。因数分解すると x−3(x−3)(x+3)=x+3→6(x→3)。