こんにちは。お願いします。
本格的な証明は、書籍一冊を要するともお伺いしているのですが、以下は、高校の知
識の範囲内の幾何学的な方法(一部εδ論法も使っていますが)で、なんとか証明出
来ないだろうかと試みてみたものです。
( 証 )
定義: 円とは同一平面上において、当該平面上の或る一点から等距離に在る点の集
合である。
さて、単位円の内接正 n 角形の一辺と円の中心 O とがなす二等辺三角形は、
n→∞ で 頂角→0。すなわち、 底辺の長さ 2sin((\(\frac{1}{2}\))(全円周の中心角/n))→0
で底辺の両端点が中点 M に接近する。
他方、線分 OM の大きさは cos((\(\frac{1}{2}\))(全円周の中心角/n))→1 となり、全二等
辺三角形合同で同一のうちに、両等辺に挟まれながら両等辺と同等の長さ、すなわち
単位円 O の半径 1 に近づく。
ここで、当該閉区間の任意の実数 Θ∈{全円の中心の周りの各角度} は区間縮小
法( n=\(2^{a}\), a∈N-{0,1}, a→∞)で確定可能である。しかして n→∞(a→∞) の
とき、中点の集合 {M(n)} と O の周りの各角度の集合{Θ(n)} は極限で、
幾何学的に見て全単射かつ連続写像となるから、 {M(n)} は連続かつ円 O の
中心から等距離であり、その集合は定義により円である。
然るとき、線分 OM の大きさは円 O の半径と同等であるから、内接正 n 角形
の極限としての円は元の単位円に相等しい。
かくのごとく、或る円の内接正 n 角形の極限が同円とすると、任意の円はそれぞれ
相似であるから、円の周と直径の比は一定である。これをもって、
定義: 円周/直径=π ( 一定 ) から、 円周=π*直径=2π ( 半径=1 )
このとき、中心角を 2π( ラジアン ) とする。
いま、単位円の内接正 n 角形の辺の総和=n*2sin((\(\frac{1}{2}\))(2π/n))
=2π(sin(π/n))/(π/n)
→2π( 円周 ) ( n→∞ )
したがって、 (sin(π/n))/(π/n)→1 ( n→∞)
すなわち、 f(n)=(sin(π/n))/(π/n) (n∈N) → 1 (n→∞)
ここで、 f(x)=g(x)/h(x)=(sin(π/x))/(π/x) (0<x∈R) を考える。
0<u(x)→0 で cos(u(x))<1, (sin(u(x)))/u(x)<1 などから、 x→∞ で分母
子の平均変化率は常に、
分子の平均変化率=(\(\frac{1}{h}\))(sin(π/(x+h))-sin(π/x))
=
(-π/(x(x+h)))cos((π/2)(2x+h)/(x(x+h)))sin(((\(\frac{h}{2}\))(π/(x(x+h))))/((\(\frac{h}{2}\))(π/(x(x+
h))))
≧-π/(x(x+h))=分母の平均変化率
よって、 g(x), h(x) はともに単調減少関数で、 g(x) の減少の傾向は h(x)
の減少の傾向より緩やかであることが判る。
ゆえに、 f(x) は単調に増加する。
しかして、それに従って f(n) も単調に増加する。
このとき、先に述べた lim[n→∞]f(n)=1 の収束性から、
任意の ε>0 に対して
n≧n[0] ⇒ 1 - f(n)<ε
となる n[0] = n[0](ε) が存在する(f の単調性から、 1≧f(n) となることに注意
する)。
この n[0] に対して x>n[0] ならば、
1 - f(x)= {1 - f(n[0])} + {f(n[0]) - f(x)}
<1 - f(n[0])
<ε
となるので、f(x) は x→+∞ で収束し、 lim[x→+∞]f(x) = 1
ゆえに、 lim[Θ→0](sin(Θ))/Θ=1 (Θ:ラジアン)
( 終 )
※アドバイスをお願いします。
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