sin(x) の導関数 - 証明と説明

証明

ddx[sin(x)]&=limh0sin(x+h)sin(x)h[2ex]&=limh0sin(x)cos(h)+sin(h)cos(x)sin(x)h[2ex]&=limh0sin(x)(cos(h)1)+sin(h)cos(x)h[2ex]&=limh0sin(x)(cos(h)1)h+limh0sin(h)cos(x)h[2ex]&=sin(x)·0+1·cos(x)[2ex]&=cos(x)

説明

  1. 証明は、ある点での実関数の導関数の定義から始まります。この場合、x に関する正弦の導関数であり、h0 に近づくときの sin(x+h)sin(x)h の極限です。

  2. 次のステップでは、和の正弦の三角関数の恒等式を使用します:sin(A+B)=sin(A)cos(B)+cos(A)sin(B)。ここで、Ax であり、Bh です。この恒等式を sin(x+h) に適用すると、sin(x)cos(h)+sin(h)cos(x) となります。

  3. 分子は sin(x) を含む項を集めて再配置されます。具体的には、sin(x)cos(h)1 を含む項から外に出され、sin(x)(cos(h)1)sin(h)cos(x) に分けられます。分母の h は変更されません。

  4. 極限は、和の法則 を用いて二つの部分に分割されます。この法則は、両方の極限が存在する限り、和の極限は極限の和に等しいと述べています。したがって、ここでは sin(x)(cos(h)1)hsin(h)cos(x)h の二つの極限を持つことになります。

  5. これらの極限を個別に評価できます。h0 に近づくときの sin(h)h の極限は 1 に等しいです(これは標準的な極限です)。h0 に近づくときの cos(h)1h の極限は 0 に等しいです(これも標準的な極限です)。これらの極限をそれぞれ sin(x)cos(x) に掛けると、sin(x)·01·cos(x) になります。

  6. これらを和の法則 に従って加えると、0+cos(x) となり、これは cos(x) に簡略化されます。

QED: したがって、x に関する sin(x) の導関数は cos(x) です。