sinx/x의 극한

Ho__sing·2023년 4월 7일
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수학

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테일러 급수의 예시바젤 문제에 대해 공부하다가 limx0sinxx=1\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}=1의 고등수준에서의 증명이 궁금해서 포스팅하게 되었다.

그림 출처 : Gribozavr, Public domain, via Wikimedia Commons

단위원 위에 중심각의 크기가 x(,0<x<π2)x(단, 0<x<\frac{\pi}{2})(limx0\because\displaystyle\lim_{x \to 0})인 부채꼴 KOAKOA가 있는 위와 같은 그림을 설정했을 때,
KOA<부채꼴KOA<LOA\triangle{KOA}<부채꼴 KOA<\triangle{LOA}인 사실에 Squeeze Theorem을 적용하여 증명할 것이다.

KOH\triangle{KOH}에서 KO=1\overline{KO}=1이므로, KH=sinx\overline{KH}=\sin x, OH=cosx\overline{OH}=\cos x이다.
LOA\triangle{LOA}에서 OA=1\overline{OA}=1이므로, LA=tanx\overline{LA}=\tan x이다.

KOA=12×OA×KH=12sinx\triangle{KOA}=\frac{1}{2}\times\overline{OA}\times\overline{KH}=\frac{1}{2}\sin x
부채꼴KOA=12r2θ=12x부채꼴 KOA=\frac{1}{2}r^2 \theta=\frac{1}{2}x
LOA=12×OA×LA=12tanx\triangle{LOA}=\frac{1}{2}\times\overline{OA}\times\overline{LA}=\frac{1}{2}\tan x

\\
\\

12sinx<12x<12tanx\frac{1}{2}\sin x<\frac{1}{2}x<\frac{1}{2}\tan x
sinx<x<tanx\sin x<x<\tan x
1<xsinx<1cosx1<\frac{x}{\sin x}<\frac{1}{\cos x}
1<xsinx<1cosx1<\frac{x}{\sin x}<\frac{1}{\cos x}
cosx<sinxx<1\cos x<\frac{\sin x}{x}<1
limx0cosxlimx0sinxxlimx01\displaystyle\lim_{x\to 0}\cos x\leq\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}\leq\displaystyle\lim_{x\to 0}1
1limx0sinxx11\leq\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}\leq1
limx0sinxx=1\therefore \displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{\sin x}{x}=1

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