名工大数学'09年前期[3]

実数xに対して
とおく。
(1) を求めよ。
(2) に対してとおく。の導関数を求め、に対して等式が成り立つことを示せ。
(3) (2)を利用して極限を求めよ。
(4) 極限を求めよ。


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解答 の逆関数がネタになっているユニークな発想の問題です。

(1)
とおくと、tのとき、θ (置換積分(その2)を参照)
......[]

(2)  ・・・@
実数x ()とおきます。定積分で、とおくと、tのとき、φ

として、
 ・・・A
両辺をxで微分すると、Aを用いて、
 (合成関数の微分法を参照)
......[]
@両辺をxで微分すると、

両辺を積分すると、
 (C:積分定数) ・・・B
(1)より、
また、においてとすると、
Bにおいて、とすると、

よってBより、

(3) @においてとすると、
 ・・・C
(2)の結果より、
......[]

(4) (2)の結果より、

のとき、Cよりとなるので、 (極限の公式を参照)が使えないか、と、考えます。これで、Aの利用が見えてきます。
A,Cより、のとき、より、
......[]


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