Bevis for grenseverdien til sin v delt på v
I denne oppgaven skal du vise at \(\lim_{v \to 0^+} \dfrac{\sin v}{v} = 1\).
I figuren nedenfor er \(AB = AD = 1\), og buen \(BD\) er del av en sirkel med sentrum i \(A\). Vi lar \(\angle BAC = v\) (målt i radianer).

- Bruk arealbetraktninger til å begrunne at
\[\frac{1}{2}\sin v < \frac{1}{2}v < \frac{1}{2}\tan v \]
b) Forklar at dette gir oss
\[1 < \frac{v}{\sin v} < \frac{1}{\cos v} \]c) Bruk ulikhetene fra oppgave b til å begrunne at \(\lim_{v \to 0^+} \dfrac{\sin v}{v} = 1\).
Se løsningsforslag.
a
Vi ser på tre figurer som alle befinner seg innenfor sirkelen med sentrum \(A\) og radius \(1\), og sammenligner arealene.
Trekant \(ABD\).
\(DC\) er høyden fra \(D\) ned til grunnlinjen \(AB\). Siden \(AD = 1\) og \(\angle DAB = v\), er \(|DC| = \sin v\). Grunnlinjen \(|AB| = 1\), og arealet er
Sirkelsektor \(ABD\).
En sektor med radius \(r = 1\) og sentralvinkel \(v\) (i radianer) har areal
Trekant \(ABE\).
La \(E\) være punktet på linjen gjennom \(A\) og \(C\) slik at \(BE \perp AB\). Da \(AB = 1\) og \(\angle BAE = v\), gir tangens at \(|BE| = \tan v\). Arealet er
Innklusjonen av figurene.
Trekant \(ABD\) er en delfigur av sektoren (alle punkter i trekanten ligger innenfor sektoren), og sektoren er en delfigur av trekant \(ABE\) (buen \(BD\) er kortere enn siden \(BE\)). Derfor gjelder:
b
Vi starter fra ulikheten i a:
For \(0 < v < \dfrac{\pi}{2}\) er \(\sin v > 0\), så vi kan dele alle ledd med \(\dfrac{1}{2}\sin v\) (positivt, ulikhetstegnene bevares):
Vi forenkler høyre side:
Dermed:
c
Fra b har vi for \(0 < v < \dfrac{\pi}{2}\):
Vi tar grenseverdien når \(v \to 0^+\) i ytterleddet:
Begge yttergrensene er \(1\), og \(\dfrac{v}{\sin v}\) er klemt mellom dem. Av skviseteoremet (sandwich-teoremet) følger det at
Siden \(\dfrac{v}{\sin v} \neq 0\) i en omegn av \(0\), kan vi ta den gjensidige verdien: