面積を表す式の極限を求める(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 面積を表す式の極限を求める(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$t>0$ とする.2 曲線 $y=e^x$,$y=e^{-x}$ と直線 $x=t$ で囲まれた部分の面積を $S(t)$ とする.$\displaystyle\lim_{t\to +0}\frac{S(t)}{t^2}$ を求めよ.
$e^x=e^{-x}$ とすると $e^{2x}=1$ より $x=0$ であるから,2 曲線は $x=0$ で交わる.また,$0\leqq x\leqq t$ では $e^x\geqq 1\geqq e^{-x}$ であるから
\[ S(t)=\int_0^t(e^x-e^{-x})\,dx=e^t+e^{-t}-2 \]
ここで,$e^t+e^{-t}-2=\left(e^{\frac{t}{2}}-e^{-\frac{t}{2}}\right)^2$ であるから
\[ \frac{S(t)}{t^2}=\left(\frac{e^{\frac{t}{2}}-e^{-\frac{t}{2}}}{t}\right)^2 \]
また
\[ \frac{e^{\frac{t}{2}}-e^{-\frac{t}{2}}}{t}=e^{-\frac{t}{2}}\cdot\frac{e^t-1}{t} \]
$t\to +0$ のとき $e^{-\frac{t}{2}}\to 1$,$\dfrac{e^t-1}{t}\to 1$ であるから
\[ \lim_{t\to +0}\frac{S(t)}{t^2}=1^2=1 \]
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