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x\to +0 のとき、x^x\to 1 となることは、予想できるが、証明にはちょっとしたコツが必要だ。


\label{eq1}
x^x=e^{x\log x}
(1)

として、x\log x\to 0 を証明すればよい。 x\to +0 で 0 に近づくとき、\log x\to -\infty となるが、 \log x-\infty への近づき方は、 x に比べて非常に遅い。よって、x\log x\to 0 は明らかである。

しかしながら、もう少し厳密に考えてみよう。

x=e^{-t} とおくと、x\to +0 のとき、t\to \infty だから、


\label{eq2}
\lim_{x\to +0}x\log x=\lim_{t\to +\infty}e^{-t}\log e^{-t}
(2)

である。ここで、t\to +\infty のとき、


\label{eq3}
e^{-t}\log e^{-t}=e^{-t}(-t)=-\frac{t}{e^t}\to 0
(3)

である。この式からも、急速に0に近づくことがわかる。ゆえに、


\label{eq4}
\lim_{x\to +0}x\log x=0
(4)

すなわち、


\label{eq5}
\lim_{x\to +0}x^x = \lim_{x\to +0}e^{x\log x}=e^0 = 1
(5)

を得る。

ちなみに、\log x-\infty への近づきが遅いことは、\log 10^{-20}=-46.0517018598809\cdots であることから実感できる。