== 区分求積法の考え方 == ■ 次の図において,y=x2,x軸,x=1の直線で囲まれた図形の面積を求めることを考えます.この図形は,長方形でもなく,三角形でもなく,円でもないので,小中学校で習った面積の求め方では求められません.むしろ,そのような面積が定義できるのか?と疑うことが,ここで扱うテーマを理解する早道です. ■ そもそも,1×1の正方形の面積が1です(下図).これより小さい図形は,0.1の長方形が何個入るかに応じて,次の桁を決めます.以下同様にして,0.01,0.001,...の正方形・長方形を入るだけ埋めて,求める図形がちょうど埋まるまで繰り返します. 素朴に考えれば,境界線がy=x2のような曲線では,正方形や長方形をどう並べても埋まりそうもありません. <S<となるはずです. ■ 長方形の横幅を小さくしていったとき(→0),もしとの面積が一致したら,その一致した値を面積Sの定義とすることは合理的です. ( はさみうち論法: ) こまかな「すきま」が気になりますが,「ちりも積もれば山となる」とは限りません.この場合,「0はいくら足しても0」ということもあります. |
■ 下組
=
= = = → (n→∞のとき) |
■ 上組
=
= = = → (n→∞のとき) |
■ 以上により,S=・・・これが,求める図形の面積です.
■ 定積分との関係 上の図形の面積は,定積分で表わされます. これらを比較すると, すなわち, 上組と下組は等しいので, も成立します. 数列の和の極限を定積分に直す方法
■ 数列の和の極限を定積分に直すには,次のような図を考えます.
■ この公式を使うには,「各部品」を正確に対応させることが大切です.(初めは,大変難しいものです.) <要点> (例1) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:Δxの役割】 (考え方) (答案) == (例2) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:区間の幅】
(例3) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:xk←→f(xk)←→f(x)】
(例4) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:皮1枚過剰→引いてから足す】
この場合,「大した違いはないから」などとあいまいにせず,「過剰分を引いて定積分を完成してから」「右端(または左端)の項を加え」ます. (例5) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:皮1枚不足→足してから引く】
(例6) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:3n等分→Δx=1/(3n)】 (例7) 次の極限値を定積分に直し,その値を求めなさい.【ポイント:a→初項,b→末項】
《問題》 次の極限値を定積分に直したとき,右欄のどの式と等しくなりますか. |