f(X) =X^2sin(1/X) (X≠0)
=0 (X=0)
(1)f’(0)を求めよ。
(2)f’(X)はX=0で連続であるか
という問題なのですが、(1)は解けたのですが、(2)が分かりません。
f’(X)を求めようと思ってf(X)を微分しました。
f’(X)=2Xsin(1/X)-cos(1/X) となりました。
そしてlim(X→0)f’(X)を求めればいいのかと思ったのですが、
lim(X→0)sin(1/X)とlim(x→0)cos(1/X)が分かりません。
(2)の答えは『lim(X→0)f’(X)は存在しないため、連続ではない。』なのですが、lim(X→0)sin(1/X)とlim(x→0)cos(1/X)が存在せず、(1)で求めた数とは一致しないため連続ではないという考えでいいのでしょうか?
お願いします。
A 回答 (2件)
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No.2
- 回答日時:
◆関数f(x)がx=aにおいて微分可能であるためには、
1. f(x)がx=aで連続、かつ
2.lim<x→a>{ f(x)-f(a) }/(x-a) の極限が存在する
なお、関数 f(x) がx=aで微分可能なら、その点で f(x)は連続である。(逆に、連続なら微分可能、は成り立たない。)
-----------
f(x)=x^2・sin(1/x) (x≠0)
=0 (x=0)
◆(1) f’(0)を求めよ。
微分の定義から、
f’(0)=lim<Δx→0>{ f(0+Δx)-f(0) }/Δx
=lim<Δx→0>{Δx^2・sin(1/Δx)-0}/Δx
=lim<Δx→0>Δx・sin(1/Δx)、
(ここでΔx→0 でsin(1/Δx)の( )内はlim<Δx→+0>で+∞、lim<Δx→-0>で-∞に発散するが、全体が sin の中にあるので絶対値は1以下である。一方 sin の外のΔxは限りなく0に近づくから、結局、)
=0 (答)
◆(2) f’(x)はx=0で連続であるか
(もし「関数f(x)はx=0で連続であるか」なら、(1)でf(x)は微分可能だったので、YES。
ところが今聞かれているのは、導関数が連続かどうか。)
f’(x)=2xsin(1/x)-cos(1/x)
(f(0)=0 は特別に定義されていたがf’(0)は何も定義されていない。)
この式でx=0 のとき単純に 1/x の値が計算できない=存在しない=ので、f’(x)はx=0 で不連続。 (答)
◆なお、
>(2)の答えは『lim(X→0)f’(X)は存在しないため、連続ではない。』なのですが、
という模範解答(?)は間違い。
例えば y=|x|(絶対値)はx=0でf’(x)は(原点の右からの極限と左からの極限が違うため)存在しないが、立派に連続です。
◆と言いつつも、おまけで lim<x→0>f’(x)= lim<x→+0>{2xsin(1/x)-cos(1/x)}を求めてみると、
lim<x→+0> 2xsin(1/x)=0 (x→0、かつ -1≦sin(1/x)≦1より。)
lim<x→+0>{-cos(1/x)}=-cos(+∞)=振動、
よって lim<x→+0>{2xsin(1/x)-cos(1/x)} の極限は存在しない。
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