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導関数の求めかたについて

関数f(x)の導関数の求め方についてですが、

分子をf(x+h)-f(x)  分母をhとして、hを限りなく0に近づける。
計算の途中でhで除算する。これはhが限りなく0に近いが0ではないので成立する。
式の最終行の一つ前でhだけの項は0に等しいとしてhは消去する。
最終行はhを含まない式になる。

計算の途中と最後でhの扱いが違うのが理解できません。イコールではなくニアイコールなら理解できるのですが。
高校の教科書のレベル内で説明してもらえれば嬉しいです。・・・・・

投稿日時 - 2018-05-14 15:25:51

QNo.9498373

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回答(4)

ANo.4

高校の教科書のレベル内では説明不可能です。
大学では「hを限りなく0に近づける」等という非論理的な言葉は使いません
ただし
「式の最終行の一つ前でhだけの項は0に等しいとしてhは消去する」
は誤りで
あくまでhは0に近づけるのであって決して最後まで0に等しくならない
lim_{h→0}{f(x+h)-f(x)}/h=f'(x)
と書いたとき
{f(x+h)-f(x)}/hはf'(x)に限りなく近づくのであって
決して最後まで等しくなる必要はない
という事はいえます。

任意の正の実数ε>0に対して
ある正の実数δ>0が存在して
0<|h|<δとなる任意の数hに対して
|{f(x+h)-f(x)}/h-f'(x)|<ε
となる時
lim_{h→0}{f(x+h)-f(x)}/h=f'(x)
と書いて
f'(x)をf(x)の導関数という。

f(x)=2x^3
の導関数を求める
h≠0とすると
{f(x+h)-f(x)}/h
={2(x+h)^3-2x^3}/h
=2(x^3+3x^2+3xh^2+h^3-x^3)/h
=2(3x^2+3xh+h^2)
=6x^2+2h(3x+h)

|[{f(x+h)-f(x)}/h]-6x^2|=2|h(3x+h)|
ここで
0<|h|<δ→2|h(3x+h)|<ε
となるようなδを求める
0<|h|<δの時
|3x+h|≦3|x|+|h|<3|x|+δ
2|h(3x+h)|<2δ(3|x|+δ)
だから
2δ(3|x|+δ)≦ε
となるようなδをみつければよい
δ=min(1,ε/{2(3|x|+1)})
とすると
δ≦ε/{2(3|x|+1)}
δ≦1
2(3|x|+δ)≦2(3|x|+1)
2δ(3|x|+δ)≦2δ(3|x|+1)≦ε
2δ(3|x|+δ)≦ε
だから
0<|h|<δの時
2|h(3x+h)|<2δ(3|x|+δ)≦ε

f(x)=2x^3
の時
任意の正の実数ε>0に対して
δ=min(1,ε/{2(3|x|+1)})
とすると
0<|h|<δとなる任意の数hに対して
|{f(x+h)-f(x)}/h-6x^2|=|2h(3x+h)|<2δ(3|x|+δ)≦ε
となるから
lim_{h→0}{f(x+h)-f(x)}/h=f'(x)=6x^2

投稿日時 - 2018-05-20 05:37:05

お礼

理解することは諦めました
日常会話の「無限」と数学用語の「無限」の違いがわからないのだと思います

投稿日時 - 2018-05-21 22:17:41

ANo.3

ご質問の「意味」が把握できません。

参考 URL の「整式の導関数」の証明なら、どの箇所に疑問があるのでしょうか?
  

参考URL:https://math.nakaken88.com/textbook/basic-derivative-function-of-polynomial/

投稿日時 - 2018-05-15 10:59:51

お礼

4行目と5行目です。5行目でhが掛かっている項とhだけの項が消えているのが分かりません。イコールならhは0ではないのにhが掛かっている項とhだけの項が消えるのはおかしい。hが掛かっている項とhだけの項が消えるならニアイコールではないのですか?

投稿日時 - 2018-05-20 23:02:09

 途中の計算で「計算の途中でhで除算する。これはhが限りなく0に近いが0ではないので成立する」は,正にその通りです。 そして導関数は,lim(f(x+h)-f(x))/h は限りなく近づいてゆく先の「的(まと)」を求めるので,h=0 の時の値がその「的」だと解釈することで納得してできませんか。

投稿日時 - 2018-05-15 07:55:09

お礼

たぶん「的」はよい比喩なのでしょう
自分には理解できません

投稿日時 - 2018-05-21 22:04:12

ANo.1

1.分子をf(x+h)-f(x)  分母をhとして、hを限りなく0に近づける。
2.計算の途中でhで除算する。これはhが限りなく0に近いが0ではないので成立する。
3.式の最終行の一つ前でhだけの項は0に等しいとしてhは消去する。
4.最終行はhを含まない式になる。
このうち1.2.4.はそれでOKですが,3.は違います。hが0に等しいとするのではなく,hを限りなく0に近づけてその極限の値にするのです。
f(x)=sin(x)であれば
lim((f(x+h)-f(x))/h)
=lim((sin(x+h)-sin(x))/h)
=lim(2sin(h/2)cos(x+h/2))/h)
=lim(sin(h/2)/(h/2)*cos(x+h/2))
=lim(sin(h/2)/(h/2))*lim(cos(x+h/2))
=cos(x)

投稿日時 - 2018-05-14 16:28:01

お礼

sinやcosのhの消し方は詐欺的ですw
質問をさらに要約すれば
X=sin(A) ただし  A→0
Y=sin(B) ただし B=0
教科書をどう読んでも、眺めても、AノットイコールBなのに、X=Yと書いてあって、これが理解できません

投稿日時 - 2018-05-20 22:45:24