質問<642>
「「極限値の計算」」
日付 2001/9/23
質問者 きょうこ


1)     \(\sqrt{\quad}\)x
  lim X
  x→+0

2)      2
       x
  lim X
  x→+0 

解き方を教えてください。

お返事(武田)
日付 2001/9/24
回答者 武田


1)は
         \(\frac{1}{2}\)
   \(\sqrt{\quad}\)x   x
y=x   =x

2)は
    2
   x
y=x

より、

y=x^(x^n)のグラフで、
1)はn=1/2=0.5
2)はn=2
のときにあたるから、
コンピュータを使った作図より、



両方とも極限値は1となるが、

解き方について、d3さんとHoshinoさんからからアドバイスをいただきました。
感謝!!

お便り
日付 2001/9/27
回答者 d3


lim(x→+0)\(x^{x}\)を考えましょう.
y=\(x^{x}\) (>0 )の両辺に対し自然対数をとり
 log(y)=x・log (x) = log (x) /(\(\frac{1}{x}\))
ロピタルの定理を適用し,極限はx→+0として

lim{log(y)}=lim {log (x) /(\(\frac{1}{x}\))}=lim{(\(\frac{1}{x}\)) /(-1/\(x^{2}\))}
=lim{-x}=-0
したがって,lim(y) =lim{\(x^{x}\)}が有限確定値を持つとき,
その値は lim{\(x^{x}\)}=exp(-0) = 1

log{x^(\(\sqrt{\quad}\)x)}=\(\sqrt{\quad}\)xlogx={2\(\sqrt{\quad}\)x・log (\(\sqrt{\quad}\)x)}→0 よって1です.

log{x^(\(x^{2}\))}=\(x^{2}\)logx=x(xlogx)→0 です.よって1です.

ロピタルを使っていますので,そうでないと非常に長くなります.
どこかで読んだのですが,{\(\frac{1}{n}\)}で極限を考えて,
1/(n+1)≦x≦\(\frac{1}{n}\) ではさみうちです.

お便り
日付 2001/9/28
回答者 hoshino


先ず lim_(x→+0) (x log x) = 0.
を証明する。

その為に x = e^(-t) と置くと, x→+0 の時 t → +∞.
x log x = -t e^(-t) = -t/\(e^{t}\)
だが,
\(e^{t}\) > 1 + t + (\(t^{2}\))/2, t > 0 (*)
が証明できるので
0< t/\(e^{t}\)< t/(1 + t + (\(t^{2}\))/2)→0 as t→+∞.
従って
lim_(x→+0) (x log x) = 0.

(*) を証明する。
f(t) = \(e^{t}\) - 1 - t - (\(t^{2}\))/2
と置く。 f(0) = 0.
f'(t) = \(e^{t}\) - 1 - t.
f'(0) = 0.
f"(t) = \(e^{t}\) - 1 > 0, t > 0
従って, f'(t) は狭義単調増加だから f'(t) > 0, t > 0.
従って f(t) も狭義単調増加だから f(t) > 0, t > 0.

さて
(1) だが (必要なら s = \(\sqrt{\quad}\)x と置き換えれば)
log x^(\(\sqrt{\quad}\)x) = (\(\sqrt{\quad}\)x) log x = 2(\(\sqrt{\quad}\)x) log (\(\sqrt{\quad}\)x)→0 as x→ +0.
即ち
x^(\(\sqrt{\quad}\)x) = e^(log x^(\(\sqrt{\quad}\)x))→1.

(2) も同様に
log x^(\(x^{2}\)) = \(x^{2}\) log x = x(x log x) → 0 as x → +0.
即ち
x^(\(x^{2}\)) = e^(log x^(\(x^{2}\))) → 1.