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Calculus · real student question

x → +∞ のときの 9 − x² の極限を求めよ。

Question

次の極限を求めよ。

lim⁡x→∞(9−x2)\lim_{x\to\infty}\left(9-x^2\right)

Step-by-step solution

  1. 最高次の項が見えるように書き直す。 並べ替えると9−x2=−x2+99-x^2=-x^2+9であり、これは最高次係数が−1-1の2次式である。無限大での競争では常に2次の項が勝つので、その符号が答えを決める。

  2. 最高次の項を評価する。 x→∞x\to\inftyのときx2→+∞x^2\to+\inftyなので、

    −x2→−∞-x^2\to-\infty

    前についているマイナス符号が要である——x2x^2だけを見て+∞+\inftyと答えてしまう人が少なくない。

  3. 定数を足す。 あらゆる限界を下回っていく量に一定の99を足しても、発散の様子は何も変わらない:

    9−x2→−∞9-x^2\to-\infty

  4. 数値で確認する。 x=10x=10では9−100=−919-100=-91、x=100x=100では−9991-9991、x=1000x=1000では−999991-999991。出力は限りなく減少していく。

  5. グラフと結びつける。 y=9−x2y=9-x^2は頂点(0,9)(0,9)で上に凸の放物線なので、両側の腕がどこまでも下がっていく。実際lim⁡x→−∞(9−x2)=−∞\lim_{x\to-\infty}(9-x^2)=-\inftyも成り立つ。極限は−∞-\inftyであり、これはこの関数が有限の値に落ち着かず発散することを意味する。

Answer

lim⁡x→∞(9−x2)=−∞\lim_{x\to\infty}\left(9-x^2\right)=-\infty

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