微分積分(数学Ⅲ分野)
オリスタ基本問題の解説にも、微分積分(数学Ⅲ)の基本事項がかなり詳しくまとめてありますので、 そちらのほうもご覧ください。
極限
無限大の話 (2017.4.23) |
数学Ⅲの微積の特徴は「無限大∞」を扱うことになります。これは数学Ⅱの微積にはなかったことです。 本格的に「無限大∞」を論ずればそれこそ哲学の領域になるので、あくまでも「こんな感じ」 という直感的なイメージで十分です。通常の感覚とは異なることも多いので、具体例を通して 理解を深めてほしいものです。 |
数列の収束と発散 (2017.4.23) |
数列{an}において、nをどんどん大きくしていくとどのようになるのかを考えます。 とにかく具体例による考察が重要で、nをどんどん大きくしていったときのanの様子は いくつかのパターンに分類されることがわかります。イメージを膨らませてください。無限の 彼方に何が広がっているのかを。 |
極限値の四則演算 (2017.4.23) |
2つの数列{an}と{bn}が共に収束するときに限り、 極限値の四則演算が可能になります。逆に言えば、収束しない場合は 四則演算は絶対にできません。このことをうっかり忘れてしまって、安易に計算すると 大変なことになります。答えは合っているのに0点、となりかねないので注意しましょう。 |
数列の極限値計算 (2017.4.30) |
「無限大の話」でも紹介したように、極限値の計算にはヤバイ形があります。
そのヤバさをいかにして解消するのかがポイントとなります。具体的には次の4パターン。 ①∞-∞ ②∞/∞ ③ルートがらみ ④ハサミウチの原理の利用 この4つは数列の極限だけでなく、関数の極限でもそのまま使える手法なので、しっかりと マスターしよう。 |
rnの極限値 (2017.5.3) |
rnの極限値はrの値によって細かく分類されます。丸暗記するのではなく、 具体例とともにしっかりと理解しましょう。 |
漸化式の極限 (2017.5.14) |
漸化式で表された数列の極限を求めるには、その漸化式が「解ける」か「解けない」かで、 方法が大きく異なります。「解ける」場合は、一般項anがnの式で表されるので、 特に問題はありません。しかし、「解けない」場合にどう対応するのか。 このプリントでは、代表的な問題を通して、その手法を紹介します。 |
無限級数 (2017.5.18) |
そもそも「無限に足す」とはどういうことを言うのでしょうか。
実は教科書には「無限に足す」という表記は一切ありません。つまり、
「無限に足す」ことは不可能なことなのです。 そこで新たなルールを作ります。このルールに基づいて無限級数の和を考えます。 |
無限級数の不思議 (2017.5.10) |
数を無限に足していくとどうなるのでしょうか。本来ならば、そもそも「無限に足す」とは どういうことなのか、その定義からスタートすべきですが、今回はあんまり気にせず、 実際にパソコンで数値計算して出てきた結果を鑑賞してみましょう。 無限の不思議さ、数学の深遠さを感じる結果だと思います。 |
関数の極限(その①) (2017.6.23) |
関数の極限についての有名問題を紹介します。大したことないんですが、まあまあ重要です。 特に、関数の極限値の問題の中には、双曲線の漸近線と関わりのあるものが少なくないので、 その部分を少し意識するだけで十分です。 |
関数の極限(その②) (2017.6.23) |
関数の極限についての有名問題を紹介します。大したことないんですが、まあまあ重要です。 特に、関数の極限値の問題の中には、双曲線の漸近線と関わりのあるものが少なくないので、 その部分を少し意識するだけで十分です。 |
関数の極限の重要問題 (2020.7.24) |
関数の極限についての有名問題を紹介します。大したことないんですが、まあまあ重要です。 特に、関数の極限値の問題の中には、双曲線の漸近線と関わりのあるものが少なくないので、 その部分を少し意識するだけで十分です。 |
関数の連続性 (2017.7.30) |
「関数の連続性」を苦手とする人が多いようです。ほとんどの人が「ムズイ」「意味が分からん」 と言うのですが、よくよく聞いてみると、具体的なイメージをせずに定義や公式を 振り回していることが多いようです。 この分野は兎にも角にも具体例です。具体例を通して意味をしっかり理解しよう。なお、大学入試で 連続性に関する問題はほとんど出題されませんので安心してください。 |
微分法
微分のココロ2022版(2022.6.27) |
「微分のココロ」を20222年版に改訂しました。 微分法の公式の基礎事項を総まとめしました。 |
微分のココロ2020版(2020.9.9) |
「微分のココロ」を2020年版に改訂しました。 微分法の公式の基礎事項を総まとめしました。 |
微分の本質(2014.7.3) 微分の本質(2014.7.3) |
微分法の本質を総まとめしました。 |
関数の微分可能性 (2015.3.4) PDF1 PDF2 |
「関数の微分可能性」も苦手とする人が多いようです。ほとんどの人が「ムズイ」「意味が分からん」 と言うのですが、よくよく聞いてみると、具体的なイメージをせずに定義や公式を 振り回していることが多いようです。 この分野は兎にも角にも具体例です。具体例を通して意味をしっかり理解しよう。なお、大学入試で 微分可能性に関する問題はほとんど出題されませんので安心してください。 |
三角関数編(2015.2.10) 指数・対数関数編(2015.2.10) |
問題集にはたくさんの関数を微分させる問題が掲載されています。 確かに微分の計算力をつけるという意味においては、数をこなす必要もありますが、 現実問題としてそこまでややこしいマニアックな関数は登場しません。 ここで紹介している関数(三角関数編&指数対数関数編)の問題ができれば十分だと思います。 逆にいれば、この問題に登場する関数は完璧に微分できねばなりません。 これらの関数の微分が全問完璧にできた人だけ先に進んでよいでしょう。 |
接線の話 (2015.4.19) PDF1 PDF2 PDF3 |
接線に関する問題は、数学Ⅱにおいても数学Ⅲにおいても頻出分野ですが、扱う関数が異なるだけで、 基本的な考え方や手法は全く同じです。数学Ⅲ独自の内容としては、関数が媒介変数表示されている場合と 陰関数表示されている場合だけです。 |
グラフの増減と極値 (2015.4.26) PDF1 PDF2 PDF3 |
グラフの増減と極値の関係は、数学Ⅱですでに学習しました。数学Ⅲでは扱う関数が 多種多様になっているだけで、基本的には数学Ⅱの内容そのままです。 「関数が極値をもつ」とはどういうことなのか、をしっかりと理解しよう。 |
AKG40 ~関数のカタログ~ (2015.5.3) |
問題集の「増減を調べよ」とか「極値を求めよ」とか「最大値,最小値を求めよ」という問題では,
グラフをきっちり書くことが重要で,グラフさえ書けば
増減や極値,最大値,最小値も「見れば分かるでしょ」で終わる話です。 このプリントでは,様々なグラフ40個をシルエットでお楽しみいただきます.いわゆる『AKG40~関数のカタログ~』. メモリや極値,漸近線など全く記載されていませんので,自分で微分して増減表を書いて,必要な値を図に書き込んでください。 (地理の白地図みたいなもんですね).きっちり取り組めば,とてもチカラがつくと思いますよ。 本来は,微分して増減表を書いてから,その増減表に基づいてグラフを書くのが大原則ですが, 僕は勉強の初期段階においては(慣れるまでは)、最初にグラフの概形を眺めてから, 実際に計算して確認する勉強方法もアリだと考えています.なかなか最初から,こんなグラフは書けないですよね. それにしても,なんでこんな形になるのか,不思議ではありませんか? 君はこれらのグラフを見て,「難しそう」と感じますか? それとも「面白そう」と感じますか? 「へ~っ,すごいなあ.なんでこんな形になるんかなあ」「なんかようわからんけど,おもろい形しとるなあ」 と感動する気持ちが大切だと思います. ただただ驚きながら眺めるだけでも楽しいではありませんか.目で見て楽しみましょうね. (注)AKG40とは「あっと驚く関数のグラフ(Attoodoroku-Kansuuno-Graph)40個」の略. 某アイドルグループとは一切関係ございませんし、ご当地アイドルでもございません。 |
ヤバい極限値(2015.4.27) | 極限値の計算の中で,単なる式変形ではどうにもならないヤバい極限値があります。 結論を言うと、ハサミウチの原理を用いて計算するのですが、そのためにはまず不等式を 作って挟み込む必要があります。ノーヒントで出題されることはほとんどありませんが、 結果は暗記しておいたほうがよいでしょう。 |
ヤバいグラフ(2015.4.27) | グラフを描くときには、x→∞ などの極限値を調べねばなりません。今回紹介するグラフはいずれも 先ほどの「ヤバイ極限値」を用います。 |
漸近線のヒミツ(2015.5.4) |
漸近線は大きく分けて、x軸やy軸に平行なものと平行でないものの2種類に分けることができます。 軸に平行な漸近線は何となく雰囲気でわかりますが、軸に平行でない漸近線は一般的にそう簡単には 分からないものです。このプリントでは正しい漸近線の求め方を解説しますが、実際問題として 大学入試において、軸に平行でない漸近線をノーヒントで求めさせることはほとんどありません。 |
漸近線を求める(2015.5.3) |
2つの曲線の漸近線を「正しい漸近線の求め方」に従って求めてみよう。見れば分かりますが、 かなりメンドウな計算を強いられることになります。たまりませんね。 なお、次のプリント(双曲線の漸近線)でアッと驚く方法で、この問題を解決したいと思います。 |
双曲線の漸近線 (2015.5.3) |
数学Ⅲの「2次曲線」のところで双曲線に漸近線が存在することを学習しましたが、 なぜ、双曲線の漸近線がそのようになるのかについては曖昧なままで終わっていました。 そこで、「正しい漸近線の求め方」に従って、双曲線の漸近線を正確に求めてみよう。 なお、実に興味深いことに、この双曲線の漸近線が 一般的な曲線の漸近線捜索の1つの道しるべになっています。 |
グラフの書き方(2015.4.23) | グラフの書き方についての注意点を総まとめしました。 |
数学Ⅲは役に立つのか (2015.5.3) |
数学Ⅱの問題を、数学Ⅱの方法と数学Ⅲの方法とで解き比べてみました。この2通りの 解法を見て「数学Ⅲは役に立つのか」という問いに自分なりに答えを出してみてください。 |
平均値の定理 (2015.5.4) |
「f'(x)>0のときf(x)は増加し、f'(x)<0のときf(x)は減少する」ということを
数学Ⅱの微分で学習しました。特に違和感なく理解できたと思いますが、数学Ⅲでは、このことを
平均値の定理を用いて証明します。だから、教科書には「関数の増減」の前に「平均値の定理」の
章がきているのです。 しかし、その「平均値の定理」はどのよう証明するのかというと、高校生のレベルで厳密に証明する ことは不可能で、結局「直感的にわかるやろ」ですませることになります。 関数の増減については大半の生徒は直感的に理解できます。 この直感的に分かることを、直感的な証明しかできない 「平均値の定理」で証明するのはいかがなものかと思います。 本来、「平均値の定理」は関数の増減を証明するためのものではありません。このプリントでは 「平均値の定理」の代表的な使い方を3つ紹介します。 |
積分法
積分の基本 (2015.5.7) |
積分計算の基本事項をまとめました。基本的なスタイルは数学Ⅱと同じですが、扱う関数が数学Ⅱとは 比べ物にならないくらい複雑になるので、正確に計算できるようにしたいものです。 まずは基本的な関数の積分を暗記せねばなりませんが、「積分する」とは、あくまでも 「微分して元に戻る関数」を探すことですから、積分した結果を微分して元に戻っているかチェックする習慣を 必ずもっておいてほしいものです。 |
置換積分のコツ (2015.5.13) PDF1 PDF2 PDF3 |
置換積分の基本事項をまとめました。 |
部分積分のコツ (2015.5.15) PDF1 PDF2 |
部分積分の基本事項をまとめました。 |
不定積分のコツ (2015.12.31) PDF1 PDF2 |
不定積分計算の基本事項をまとめました。数学Ⅱと違って扱う関数が増えてくるので、そう単純には 計算できないのですが、根底にある考え方は決まっています。 |
勉強になる不定積分 (2015.12.31) PDF1 PDF2 |
次の「積分計算5番勝負」もそうですが、形の似ている積分計算をあわせて学習することは 良い勉強になると思います。三角関数の似ている積分をまとめました。 |
積分計算5番勝負 (2015.5.17) |
積分計算は、見た目は似ていてもちょっとの違いで大違いということが よくあります。パッと見てその違いに気づくかどうかはとても重要なことです。 このプリントはそのような似ている積分計算を対戦形式で並べてみました。 どっちの方が簡単に計算できるのか、計算がメンドウになる原因はどこにあるのかを実感してもらうことが 目標です。手前味噌ながらなかなか面白いプリントだと思います。 |
特殊な不定積分 (2015.5.24) |
不定積分計算の中で、特殊な2つのタイプを紹介します。1つは部分積分を2回繰り返すと 元に戻ってくるタイプと、複雑な部分分数分解するタイプです。 これらは式を見て初見で思いつくレベルではないので これはもう「そのようにするしかないので覚えてくれ」と言わざるを得ません。 |
定積分のコツ (2015.12.31) PDF1 PDF2 |
定積分計算の基本事項をまとめました。マニアックな定積分を計算することよりも、簡単な定積分を 確実に正確に計算することの方が大切です。面積にしろ体積にしろ基本は定積分です。 早く正確に計算できるために訓練を積むことです。 |
特殊な定積分 (2014.6.8) PDF1 PDF2 |
定積分計算の中で、特殊なタイプをまとめました。主に置換積分になるのですが、 何が特殊なのかといえば、置換の仕方が特殊で、式を見て思いつくレベルではありません。 これはもう「そのように置換するしかないので覚えてくれ」と言わざるを得ません。 時たま幸いにして、円の面積に帰着できる場合があるので、ラッキーです。 |
円の面積と楕円の面積 (2014.6.8) |
円の面積の公式は小学校で学習しましたが、その証明はあいまいなままでした。 ここにきてようやく積分をつかってキチンと証明したいと思います。 また、円周の長さと円の面積が微分積分の関係になっていることについても 解説してあります。このことは積分の本質を考える上で、とても重要なことです。 |
求積の原理 (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
数学Ⅱでは「積分は微分の逆演算」で定義し、「関数を積分すれば面積になる」 積分計算の基本事項をまとめました。基本的には数学Ⅱと同じですが、扱う関数が数学Ⅱとは 比べ物にならないくらい複雑になるので、正確に計算できるようにしたいものです。 |
区分求積法 (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
区分求積法を苦手とする人は多いと思います。これはひとえに公式の形の複雑さが理由だと思いますが、 意味をしっかり考えれば極めて当たり前のことを表現しているわけでして、 意味を無視して公式を丸暗記しようとするから分からないんだと思います。 |
不等式の証明 (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
不等式の証明方法はいろいろあって、今回はグラフの面積の大小比較を利用する方法を紹介します。 |
面積の基礎 (2014.6.11) PDF1 PDF2 |
面積の基礎をまとめました。数学Ⅲで登場する関数は無数にあるので,その中から代表的なものを選んで, 面積を求める基本手法を解説しました。 |
体積の基礎 (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
体積の基礎をまとめました。数学Ⅲで登場する関数は無数にあるので,その中から代表的なものを選んで, 体積を求める基本手法を解説しました。 |
軸をまたぐ図形の回転体の体積 (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
回転体の体積を求める問題では、回転する図形が回転軸をまたいでいるか、またいでいないか、で ずいぶん手間が違います。回転軸をまたいでいない場合は公式通りに単純な計算で求めることができますが、 回転軸をまたぐと極めてメンドウなことになります。いずれにしても回転してできる立体を イメージできるかどうかがポイントです。 |
円柱ナナメ切り (2014.7.9) PDF1 PDF2 |
円柱を底面の直径を含む平面でナナメに切ったときにできる立体の体積を
求める問題は有名な重要問題です。いわゆる「非回転体の体積」で、これこそまさに体積計算の本質です。
体積計算は非回転体の体積を求めるためにこそ意義があるのです。「体積は断面積の寄せ集め」という
本質をしっかりと頭にいれて考えてください。なお、大根を使って授業して様子も写真で紹介してあるので
あわせてご覧ください。 →授業風景の写真 |
サイクロイドを極める (2014.7.9) |
サイクロイドは大変有名な曲線で,教科書や参考書などで目にした人も多いでしょう。 サイクロイド曲線の長さや面積,回転体の体積などをまとめました。 |
こういう問題が大事 (2014.7.9) |
面積の問題の中から、定番の重要問題をまとめてみました。これらの問題はその解き方も 含めて完全に理解して解けるようになっておくこと。 |
微分積分の応用
東京大学からのお便り (2014.7.3) |
東京大学の1990年度の問題を紹介します。 |
京都大学からのお便り (2014.7.9) |
少し古いですが、京都大学の入試問題からまともに積分計算しても解けるが、極形式の積分を 利用すれば圧倒的に簡単に計算できる例を紹介します。 |
大阪大学からのお便り (2014.7.3) |
大阪大学ではなかなかハードな難問が出題されますが、2014年度の問題は なかなか発想力を要するユニークな問題が出題されました。1996年の問題と合わせて紹介します。 |
神戸大学からのお便り (2014.7.3) |
神戸大学では標準的な良問を出題されますが、2012年度の問題は5問中4問が 数学ⅢCからの出題で,しかもそのうち3問がオリスタや4STEPとほとんど同じという有様でした。 その中から、媒介変数表示された関数のy軸回転体の体積の問題を紹介します。 |
バウムクーヘン分割 (2014.11.30) PDF1 PDF2 |
『バウムクーヘン分割』とはy軸まわりの回転体の体積を簡単に求められる裏ワザです。 「入試などで使ってよいのか」という質問を受けますが、犬プリ中でも示したように 1989年の東大の入試問題が一つの指針を示しているように思います。 僕としては、『バウムクーヘン分割』なんて、置換積分と部分積分による式変形で 自然に導き出せると考えているので、取り立てて大騒ぎするほどでもありません。 |
斜軸回転体 (2015.12.6) PDF1 PDF2 |
図形を回転させてできる立体の体積で、回転軸がx軸、y軸、z軸でない場合を考えます。
昔は頻繁に出題されましたが、今では年に1回あるかないかの頻度です。
「傘型分割法」などといった便利な公式もあるのですが、めったに出ない問題のために
わざわざ覚える必要もないでしょう。セオリー通りに解くべきです。 というのも、立方体を対角線を軸に回転させてできる立体の体積を求める問題は、 相変わらず出題され続けています。最近では2015年に大阪市立大学で出題されました。 この問題は便利な公式などないので、きちんと解くしかありませんね。 |
非回転体の体積 (2018.10.3) |
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微分方程式の基礎 (2015.11.16) |
微分方程式は現在では学習範囲外なので、大学入試で出題されることは ありませんが、自然科学や社会科学の様々な現象が微分方程式で説明されることから、 絶対に避けては通れない分野です。特に理系の人は大学に入ってから必ず学習することになります。 今回は「変数分離形の微分方程式を解く」ことをメインに紹介します。 微分方程式の応用や活用については後ほど。 |
微分方程式の活用 (2015.11.18) |
微分方程式は、自然科学や社会科学の様々な現象に深く関わっています。 このプリントでは、その中から代表的な2つのテーマを紹介したいと思います。 一部、不謹慎な内容も含まれていますが、現実的に起こり得る話なので、 あえて紹介しました。 |
水の問題 (2015.11.23) |
容器に水を入れたり、排出したりするときの水の体積や水面の高さの変化に ついての問題は、一般に「水の問題」と呼ばれており、 多くの文字が錯綜してとても考えにくいのですが、ある公式を使えば一発で解決します。 この公式は私が高校時代に愛用した「解法の探求Ⅱ」で紹介されているもので、 あまりの鮮やかな解法にとても感動した記憶があります。 当時は、微分方程式が必須で、微分方程式の応用問題としてこの「水の問題」が取り扱われて いました。今となっては、微分方程式が学習範囲外なので、 微分方程式を使って解くのはNGなのでしょうが、「水の問題は微分方程式で解く」というのが 完全に身に付いている私にとっては何とも違和感があります。 というわけで、みなさんも微分方程式を使って水の問題を解きましょう。 |