$\lim\limits_{x\rightarrow 0} \frac{\sin x}{x} = 1$的证明

高数中的第一个证明,可能就是这个 limx0sinxx=1 的证明了。下面给出这个极限的证明,用到了解析几何(作图法)。

作图工具 Geometry

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如图我们可以看到,有一个单位圆,圆心为 A ,线段 CE 的长度等于 sinx ,线段 CB (我们令他等于 a ),弧 CB 的长度就是 x ,线段 DB 的长度等于 tanx

它们的长度的大小关系我们很容易得出:

  1. sinx<a ,因为三角形的直角边小于斜边
  2. a<x ,因为两点之间线段最短
  3. x<tanx ,这个略微不那么直接,可以用面积法(通过比较面积继而得到表达式中两个未知数的大小关系),扇形 CAB 的面积: 121x ,三角形 DAB 的面积: 121tanx 。而 CAB 的面积小于 DAB 的面积。所以得到 x<tanx

由此我们得到不等式: sinx<x<tanx (当 x>0 ),同时除以 sinx ,得到: 1<xsinx<1cosx

x<0 时,显然 sinx>x>tanx ,同时除以 sinx (除以负数要变号),得到: 1<xsinx<1cosx

x0 ,由夹逼定理得到左极限 limx0sinxx=1

x0+ ,由夹逼定理得到右极限 limx0+sinxx=1

最终可以得到: limx0sinxx=1 (左右极限都等于 1)