Перейти к содержанию

Первый замечательный предел (предел sin x / x)

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

Первый замечательный предел

$$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1$$

Также известен как Fundamental Trigonometric Limit в англоязычной литературе и как первый замечательный предел в русской математической традиции.

1. Формулировка и смысл

Теорема (Первый замечательный предел): $$\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1$$ где $x$ измеряется в радианах.
Почему это нетривиально?

При $x = 0$ и числитель $\sin x$, и знаменатель $x$ равны нулю. Если попытаться подставить напрямую:

$$\frac{\sin 0}{0} = \frac{0}{0} \quad \text{— неопределённость!}$$

Это настоящая неопределённость вида $\frac{0}{0}$. Выражение $\frac{0}{0}$ не является числом — оно может «равняться» чему угодно. Для того чтобы установить, что предел равен именно $1$, необходимо специальное рассуждение.

Геометрическая интуиция

На единичной окружности для малого угла $x$ (в радианах):

  • Длина дуги, стягиваемой углом, равна в точности $x$ (по определению радианной меры).
  • Синус $\sin x$ — это вертикальная проекция радиуса, то есть $y$-компонента хорды.

При малых углах дуга и хорда становятся практически неразличимыми. Синус практически равен самому углу. В этом и состоит геометрическая суть предела.

Ключевая идея: При малых $x$ (в радианах) $\sin x \approx x$. Чем меньше $x$, тем точнее приближение. Предел говорит нам, что отношение стремится ровно к $1$.
Интерактивный график: $y = \frac{\sin x}{x}$ вблизи $x = 0$
Интерактивная визуализация — доступна в полном уроке

Обратите внимание, как $\frac{\sin x}{x} \to 1$ при $x \to 0$ с обеих сторон. Функция является чётной: $\frac{\sin(-x)}{-x} = \frac{\sin x}{x}$.

2. Геометрическое доказательство (теорема о двух милиционерах)

Построение на единичной окружности

Рассмотрим единичную окружность (радиус $r = 1$) с центром в начале координат $O$. Пусть $0 < \theta < \frac{\pi}{2}$. Выделим три области:

Интерактивная визуализация — доступна в полном уроке

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя