三角比の微分公式 
     (sinX)'=cosX 
を表す。
 

微分の定義より,

         sin(X+ΔX)−sinX
(sinX)’=lim------------------
      ΔX→0   ΔX

分子に加法定理を使うと,
 
         sinXcosΔX+cosXsinΔX−sinX
     =lim----------------------------  
      ΔX→0         ΔX

分子を整理して,
 
         sinX(cosΔX−1)+cosXsinΔX
     =lim----------------------------  
      ΔX→0       ΔX

更に,極限を2つに分割して考えると,

                 cosΔX−1                  sinΔX
     =sinX × lim----------- + cosX × lim----------  …………※
             ΔX→0   ΔX                  ΔX→0   ΔX 

となる。

 
最初に,※式の右半分の極限を考える。
ΔX=hとおいて,

           sinΔX             sinh
       lim---------- =  lim-------- を示す。
      ΔX→0  ΔX           h→0    h  
 
単位円において,下図のような三角形@と扇形Aと三角形Bの面積を考える。
 
@ A B 動く図
これは
であり,明らかに,@<A<Bである。
面積の関係を式で表すと 
  1                 1       1
 ----sinhcosh<----h<----tanh
  2                  2       2

が成り立つ。全体に 2/sinhをかけると,
          h           1
  cosh<--------<--------
         sinh        cosh

更に,逆数を取ると不等号の向きが逆転し,
  1          sinh
-------->--------->cosh
 cosh          h
 

極限を取ると,
     1            sinh
lim-------->lim--------->lim cosh
h→0 cosh    h→0     h      h→0

 
この式において,の項と右の項について,
        1     
 lim -------- = lim cosh = 1 だから,
h→±0  cosh      h→±0

(±0とは,正の方から0に近づけることと,負の方から0に近づけることを意味している。)

よってはさまれた,中央の項の極限値, (挟み撃ちメソッド)
    sinh
lim--------- = 1 となる。
h→0   h  

これは,原点におけるsinXの傾きが1となることを示している。

 

次に,※式の左半分の極限を考える。

ΔX=hとおいて,

        cosΔX−1            cosh−1 
   lim-------------- = lim----------   を示す。
  ΔX→0    ΔX             h→0     h

分母分子に(cosh+1)をかけて,
 
     cosh−1           (cosh-1)(cosh+1)
lim------------ = lim------------------
h→0       h          h→0     h(cosh+1)

                  cos2h-1
         = lim-------------  
           h→0   h(cosh+1)
 
                 −sin2h
         = lim-------------  
           h→0   h(cosh+1)

                         sinh          1
         = −(lim sinh)(lim------)(lim----------)  
              h→0     h→0  h  h→0  cosh+1

                                    1
         = −1× ( 0 ) × ( 1 ) × -------
                                 ( 1 + 1 )
           0
を得る。
 

よって,最初の※式は
                  cosΔX−1                   sinΔX
  (sinX)’=sinX × lim----------- + cosX × lim----------
             ΔX→0    ΔX              ΔX→0  ΔX 
 
       sinX × 0 + cosX × 1

      = cosX

となる。



【解説】
どうして,(sinX)'=cosXが成り立つの?はよくある質問です。
sinとcosは仲良し(cosinは,sinを補うという意味あり)なので,なんか関係ありそうとは,
予感できるのだけれども,意味は忘れた。(公式は覚えてるんだけど・・・・)
とおっしゃる方にぴったりでしょう。
 
ズバリ予言いたしますと,
「数年後の東大2次の問題1番にこの問題が出題されるでしょう。」(ホントかい?)
先ごろ出題された,三角比の加法定理の証明の問題に味を占めた出題者は,
ちょっと毛色の違った,問題のための問題では無く,数学の本質を考えさせる
問題を制作中なのであった。
 
実は,「微分とは,接線の傾きなり」の格言通り(そんなのあるんかい?)
下図のように,接線の傾きの意味が読み取ることが出来る。

 上図の,y=sinXのグラフ()の,「接線()の傾き」をグラフにすると,下図のとおり