質問<595>
「「微分可能と極値」」
日付 2001/8/5
質問者 波乗り


f(x) = { \(x^{3}\)sin\(\frac{1}{x}\) + xsinx (x=/=0)
{ 0 (x=0)
で与えられているとき、
(1)f(x)はx=0で微分可能である事を示し、f'(0)を求めよ。
(2)f(x)はx=0で極小値をもつことを示せ。

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とゆう問題があったのですが、まず(1)で、微分可能を示すにはこの
場合どうすればいいのですか。教えてください。
次に(2)で、x=0で極小値もつことがいえるためには何がいえれば
いいんですか?
結構がんばってはみたんですが・・・おねがいします!

お返事(武田)
日付 2001/8/9
回答者 武田


未解決問題に移します。T.Kさんとd3さんからアドバイスを
いただきました。感謝!!

お便り
日付 2001/8/11
回答者 t.k


ぱっとみただけなのでなんとも言えません。
これから考えてみますが思いついたものを書きます
(1)平均値の定理の利用。lim[x->0]f(x)=f(0) を示せばよい(?)
(2) f(x) = (\(x^{2}\))*{x*sin(\(\frac{1}{x}\)) + sin(x)/x}
と書くと 0<|x|<1 のとき {...}>0 であることがわかる。

こんな感じのものを使うのではないでしょうか。。

お便り
日付 2001/8/11
回答者 d3


(1)f(x)はx=0で微分可能である事を示し、f'(0)を求めよ。
微分可能を示すには,
x=0で連続だということ(x→\(\pm\)0のとき,f(x)\(\vec{f}\)(0))をまずいいます.
次に,x→\(\pm\)0ときの(f(x)-f(0))/xの極限が存在し等しいことをいいます.
まず,
│sinΘ│≦1なので,
x≠0のとき,
│\(x^{3}\)sin\(\frac{1}{x}\) + xsinx│≦│\(x^{3}\)sin\(\frac{1}{x}\)│ +│ xsinx│≦│\(x^{3}\)│+│ x│
これから,x→\(\pm\)0のとき,f(x)→0(=f(0)).
したがって,連続性はいえました.
x≠0のとき,
(f(x)-f(0))/x=\(x^{2}\)sin\(\frac{1}{x}\) + sinx
│(f(x)-f(0))/x│≦│\(x^{2}\)sin\(\frac{1}{x}\) + sinx│≦│\(x^{2}\)│+│sinx │
これから,x→\(\pm\)0のとき,│(f(x)-f(0))/x│→0.
したがって,x=0で,微分可能です.f’(0)は存在して,0です.

(2)f(x)はx=0で極小値をもつことを示せ。
x=0で極小値もつことがいえるためには何がいえれば
いいんですか?
それは,f’(x)がx=0で,符号を-から+に符号を変える,
ということを示せばいいです.
ですが,ちょっとやってみましたが,
問題がもっと難しくなってしまいました.
方針を変更して,
0<xで,f(-x)=f(x)(偶関数)なので,
0<x<1のとき,f(x)>0を示します.
f(x)=\(x^{3}\)sin\(\frac{1}{x}\) + xsinx=\(x^{2}\)(xsin\(\frac{1}{x}\) + sin\(\frac{x}{x}\))
g(x):=sin\(\frac{x}{x}\)とおくと,
xsin\(\frac{1}{x}\) + sin\(\frac{x}{x}\)=g(\(\frac{1}{x}\))+g(x)です.

ここで,y=sinx上の点(t,sint)と原点を結んだ直線の傾きは,
g(t)となりますが,(y=sinxのグラフをかいて考えてください)
0<t≦1<π/2で,g(t)は減少します.g(t)≧g(1)=sin1,
1≦tで,グラフから明らかに,│g(t)│≦g(1).
よって,0<x<1のとき,1<\(\frac{1}{x}\)なので,
g(\(\frac{1}{x}\))+g(x)≧g(x)-│g(\(\frac{1}{x}\))│>0.
よって,0<│x│<1のとき,f(x)>0.
f(x)は,│x│<1で連続で,
x≠0のとき,f(x)>0,
f(0)=0なので,x=0で極小値もつことがいえます.
(2)は,たぶん他にいい解答があると思いますが,
いまは,コレですみません.