洛必达法则(从来历到应用)

视频版内容很多,文字版这里只给出洛必达两种形式的证明。

1 洛必达法则的较弱形式
定理:洛必达法则的较弱形式  设:

(1)

(2)都存在,且

证:(1)证明。根据条件以及,可得:

上面是代数证明,下面根据是线性近似这个几何意义,通过图形来重新解释下上述定理。假设下面就是满足条件的两个函数,因为有,所以两者交于点:

因为都存在,所以这两个函数在点有切线:

上一单元我们学习过,切线(也就是)在附近可以近似曲线,即在附近有:

所以,在附近有:

很显然,越接近时,越接近,从而在极限的情况下可以取到等号:

2 洛必达法则的加强形式
定理:洛必达法则的加强形式  设:

(1)

(2)时,都存在,且

(3)存在(或为

证:用柯西中值定理来进行证明,要用柯西中值定理,需要连续函数,因此将增加一个点,构造两个辅助函数:

根据前两个条件:

(1)

(2)时,都存在,且

可以得到结论:

  • 在闭区间
  • 在开区间
  • 时有

满足,则使得:

其中是区间中的一点

根据的构造,上式可改写为:

对上式两端求极限(因为),注意同时会有

所以可得:

条件“(3)存在”说的是的极限存在,这意味着不论以任何方式趋于该极限都存在且都等于,这也包括这种特殊情况,所以此时有:

同理,因此

计算: 解:从图像中可以看出

计算也比较简单,直接通分就可以得到:

用洛必达法则来求解

从如下图像中也可以看出内剧烈震荡,其时的极限不存在。

不存在

为什么不正确呢?因为虽然满足“洛必达法则的加强形式”的条件(1)和(2),但是不满足条件(3),下面尝试解释一下洛必达求解会得到其极限不存在的结果的原因

在上述证明中我们得到了,使得,套用到本题中就是:

等式成立是因为只是的一种特殊情况。

举例说明一下,比如是通过某数列实现的,也就是沿着下图中轴上的红点趋于;其函数值组成的数列也趋于,在下图中用绿点表示。

沿着轴上的红点趋于,函数值数列也趋于

但由于只是一种特殊情况,因此

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