絶対値 : トピック一覧

  ・絶対値の定義/絶対値の性質
 ・絶対値関数 の性質:連続性/微分可能性 →総目次

定義:絶対値 absolute value


はじめに読むべき定義

・任意の実数xの絶対値 |x| は、

  (i) x≧0 のとき、|x| = x 
  (ii) x≦0 のとき、|x| = −x 
 
 と、定義される。 

順序概念を前提とした定義

・任意の実数xの絶対値 |x| とは、
 集合{ x, −x }の最大元
   max { x, −x } 
 のこと。
  [杉浦『解析入門I』§1(p.4).
   吹田新保『理工系の微分積分学』1章§1問1(p.3)]




[文献]
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』1章§1問1(p.3).
 ・杉浦『解析入門I』§1(p.4).
 ・小平『解析入門I』§1.3(p.21)
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.23(p.59)
 ・神谷・浦井『経済学のための数学入門』定義2.2.2(p.67).


 ・和達『微分積分』1-2(p.4)
※活用例:R上の距離概念 
※複素数の絶対値については、次を参照。
 ・小平『解析入門I』§1.6(p.66)
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』3章§5I(p.90). 
 ・永田『理系のための線型代数の基礎』1.1複素数(p.6)


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絶対値の性質


  任意の実数xの絶対値|x|は、次の性質にしたがう。

【絶対値の性質1】 非負性
 
・どのような実数xであれ、以下を満たす。
  ・ |x|≧0
  ・ |x|=0 ⇔ |x|=0
・論理記号で書くと、
   (∀x∈R)(|x| ≧ 0)
   (∀x∈R)(|x|=0⇔|x|=0)
※なぜ?→絶対値の定義からただちに。




[文献]
 ・杉浦『解析入門I』§1命題1.2-1(p.4);
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.24-i(p.59)
 ・神谷・浦井『経済学のための数学入門』定義2.2.2(p.67).


 ・和達『微分積分』1-2(p.4)
  

【絶対値の性質2】 もとの実数との比較
 
・どのような実数xであれ、
     |x| ≧ x
 を満たす。
・論理記号で書くと、 (∀x∈R)(|x| ≧ x)
※なぜ?→証明 




[文献]
 ・杉浦『解析入門I』§1(1.9)(p.4);


 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.25-iii(p.59)


【絶対値の性質3】 もとの実数の反数と比較
 
・どのような実数xであれ、
   |x| ≧ −x
 を満たす。
・論理記号で書くと、
  (∀x∈R)(|x| ≧ −x)




[文献]
 ・杉浦『解析入門I』§1(1.9)(p.4);






【絶対値の性質4】

・どのような実数xであれ、
  |x| = |−x|
 を満たす。
・論理記号で書くと、 (∀x∈R)(|x| = |−x|)
※活用例:
  ・「an→α (n→∞) ⇒−an→−α (n→∞) 」の証明 




[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.24-ii(p.59);






【絶対値の性質5】 積と絶対値の順序交換
 
・どのような実数x,yであれ、
   |xy| = |x| |y| 
 を満たす。

・論理記号で書くと、
   (∀x、y∈R)(|xy| = |x| |y| )

※なぜ?→証明




[文献]
 ・杉浦『解析入門I』§1命題1.2-2(p.4)
 ・神谷・浦井『経済学のための数学入門』定義2.2.2(p.67).
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.24-iii(p.59)






※活用例:「an→α (n→∞)  ⇒『∀c∈Rにたいして、can→cα (n→∞)』」の証明 

【絶対値の性質6】 商と絶対値の順序交換
 
・任意の実数x、0を除く任意の実数yについて、
   |x/y| = |x| / |y| 
 が成り立つ。

・論理記号で書くと、
 (∀x,y∈R)( y≠0⇒ |x/y| = |x| / |y|  )
 





[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.24-iv(p.59);






【絶対値の性質7】 累乗と絶対値の順序交換
・どのような実数xであれ、
  |x|2 = x2
 を満たす

・論理記号で書くと、
   (∀x∈R)( |x|2 = x2  )
・さらに言うと、
 任意の実数xにたいして、 |x|2 = x2 = |−x|2
※なぜ?→証明   




[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.24-v(p.59);






【絶対値の性質8-1】 三角不等式

・どのような実数x,yでも、
   |x+y|≦|x|+|y|   
 を満たす。

・論理記号で書くと、
   (∀x、y∈R)( |x+y|≦|x|+|y|  )

※
なぜ?→証明    
※活用例→d(x,y)=|x−y|は距離の公準3三角不等式を満たす。




[文献]
 ・吉田-栗田-戸田『昭和62年文部省検定済:高等学校数学I』啓林館,4章3.(p.104.)
 ・小平『解析入門I』§1.3(p.21)
 ・杉浦『解析入門I』§1命題1.2-3(p.4)
 ・神谷・浦井『経済学のための数学入門』定義2.2.2(p.67).


 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.26-i(p.59);


【絶対値の性質8-2】
・どんな実数x,yでも、
   ||x|−|y||≦|x−y|≦|x|+|y|
 を満たす。
・論理記号で書くと、
 (∀x,y∈R)(||x|−|y||≦|x−y|≦|x|+|y|)
※なぜ?→証明  
※活用例→積分の三角不等式 




[文献]
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』1章§1問1(p.3).


 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.26-iii(p.59)



【絶対値の性質8-3】
・どんな実数x,yでも、
   |x|−|y| ≦ |x|+|y| 
 を満たす。

・論理記号で書くと、
   (∀x、y∈R)( |x|−|y| ≦ |x|+|y| )





[文献]
 ・杉浦『解析入門I』§1命題1.2-4(p.4):証明付.
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』1章§1問1(p.3).


 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.26-ii(p.59)


【絶対値の性質9】

・どんな実数xでも、
  |x| =  √ x2    
 を満たす。

・論理記号で書くと、
   (∀x∈R)(|x| =  √ x2  ) 





[文献]
 ・吉田-栗田-戸田『昭和62年文部省検定済:高等学校数学I』啓林館, 2章2実数(p.54):証明無.


 ・



【絶対値の性質10-1】

・任意の実数x、任意の非負の実数aについて、
 以下の命題P,命題Qは同じことを意味している。
  命題P「|x| ≦ a」
  命題Q「−a≦ |x| ≦ a」

・論理記号で書くと、
 (∀x,a∈R)(a≧0⇒(|x| ≦ a ⇔ −a≦ |x| ≦ a))





[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.25(p.59)


 ・



【絶対値の性質10-2】

・任意の実数x、任意の非負の実数aについて、
 以下の命題P,命題Qは同じことを意味している。
  命題P「|x| ≧ a」
  命題Q「x≧ aまたは x ≦ −a」




[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.25(p.59)


 ・


・論理記号で書くと、
 (∀x,a∈R)(a≧0⇒(|x|≧a⇔「x≧ aまたはx≦−a」))


【絶対値の性質10-3】


・任意の実数x,a、任意の非負の実数εについて、
 以下の命題P,命題Qは同じことを意味している。
  命題P「|x−a| ≦ ε」
  命題Q「a−ε≦x≦ a+ε」




[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.25(p.59)


 ・


・論理記号で書くと、
 (∀x,a,ε∈R)(ε≧0⇒(|x−a| ≦ ε⇔「a−ε≦x≦ a+ε」))


【絶対値の性質11】

・実数x,aが、
  「任意の非負の実数εに対して、|x−a| < ε」
  を満たすならば、
 この実数x,aは、x=a を満たす。

・論理記号で書くと、
 (∀x,a∈R)( (∀ε≧0)(|x−a| < ε) ⇒ x=a) 





[文献]
 ・永倉・宮岡『解析演習ハンドブッ ク[1変数関数編]』2.3.27(p.59)


 ・



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絶対関数の性質


 絶対値関数y=f(x)=|x| は、次の性質にしたがう。


【絶対値関数の性質1】 連続性
 
・絶対値関数y= f (x)=|x| は、x=0でも連続。

※なぜ? 

 (1)絶対値の定義より、
     f (0)は定義されており、f (0)=0.
 (2)(3) 絶対値の定義より、
   x→+0でもx→−0でも、f (x)→0





[文献]
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』2章§1例1(p.37).
 ・吉田-栗田-戸田『平成元年3/31文部省検定済:高等学校微分積分』p.47


 ・和達『微分積分』3-2例2(p.46)
  

【絶対値関数の性質2】 微分可能性
 
・絶対値関数y= f (x)=|x| は、
   x=0において微分可能ではない。

※なぜ? 

  右微分係数
lim
h→+0
 f (x0+h)−f (x0)  をみると。

h

  これが、x0=0で、
 
lim
h→+0
 f (0+h)−f (0) 

h

  =
lim
h→+0
 |0+h|−|0| 

h




[文献]
 ・吹田・新保『理工系の微分積分学』2章§1例1(p.37).




  
※活用例:絶対値の対数の微分




  =
lim
h→+0
 h−0   ∵絶対値の定義より、x≧0なら|x|=x 

h

  =
lim
h→+0
 h   

h

   =1


  左微分係数
lim
h→−0
 f (x0+h)−f (x0)  をみると。

h

  これが、x0=0で、
 
lim
h→−0
 f (0+h)−f (0) 

h

  =
lim
h→−0
 |0+h|−|0| 

h

  =
lim
h→−0
 −h−0   ∵絶対値の定義より、x≧0なら|x|=x、x≦0なら|x|=−x 

h

  =
lim
h→−0
 −h   

h

   =−1

  よって、 微分係数 
lim
h→0
 f (x0+h)−f (x0)  には、

h

       x0=0における有限極限値が存在しないので、

  絶対値関数y= f (x)=|x| は、x0=0で微分可能ではない。




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reference

吉田耕作・栗田稔・戸田宏『昭和62年3/31文部省検定済高等学校数学科用 高等学校 数学I 新訂版』啓林館, pp.52-5, p.104.
吉田耕作・栗田稔・戸田宏『平成元年3/31文部省検定済高等学校数学科用 高等学校 微分・積分 新訂版』啓林館.
小平邦彦『解析入門I』岩波書店、2003年、§1.3(p.21)。
杉浦光夫『解析入門I』東京大学出版会、1980年、§1(p.4).
神谷和也・浦井憲『経済学のための数学入門』東京大学出版会、1996年、p.67.
和達三樹『理工系の数学入門コース1:微分積分』岩波書店、1988年、1-2(p.4);3-2例2(p.46).
吹田・新保『理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年。、2章§1例1(p.37).