主题
Search

洛必达法则


令 lim 代表 极限 lim_(x->c), lim_(x->c^-), lim_(x->c^+), lim_(x->infty), 或 lim_(x->-infty), 假设 lim f(x) 和 lim g(x) 均为 或均为 +/-infty。如果

 lim(f^'(x))/(g^'(x))
(1)

具有有限值,或者如果极限+/-infty,则

 lim(f(x))/(g(x))=lim(f^'(x))/(g^'(x)).
(2)

从历史上看,这个结果首次出现在洛必达 1696 年的专著中,那是第一本关于微分 calculus 的教科书。在书中,洛必达感谢伯努利兄弟的协助和他们的发现。约翰·伯努利早期的信件给出了规则及其证明,因此伯努利很可能发现了这个规则(Larson 等人,1999 年,第 524 页)。

请注意,洛必达的名字通常有两种拼写方式:“l'Hospital”(例如,Maurer 1981 年,第 426 页;Arfken 1985 年,第 310 页)和 “l'Hôpital”(例如,Maurer 1981 年,第 426 页;Gray 1997 年,第 529 页),两者在法语拼写中是等效的。

LHospitalsRuleOscillatory

洛必达法则偶尔会无法产生有用的结果,如函数 lim_(u->infty)u(u^2+1)^(-1/2) 的情况所示。 在这种情况下重复应用该规则会得到振荡且永不收敛的表达式,

lim_(u->infty)u/((u^2+1)^(1/2))=lim_(u->infty)1/(u(u^2+1)^(-1/2))
(3)
=lim_(u->infty)((u^2+1)^(1/2))/u
(4)
=lim_(u->infty)(u(u^2+1)^(-1/2))/1
(5)
=lim_(u->infty)u/((u^2+1)^(1/2))
(6)
=....
(7)

实际极限是 1。

LHospitalsRule1

有时必须谨慎应用洛必达法则,因为它仅在隐式理解的情况下成立,即 g^'(x)infty 附近的邻域内不会无限次地改变符号。例如,考虑极限 f(x)/g(x),其中

f(x)=x+cosxsinx
(8)
g(x)=e^(sinx)(x+cosxsinx)
(9)

x->infty 时。虽然 f(x)g(x) 都当 x->infty 时趋于 infty,但比率的极限在区间 [1/e,e] 内有界,而 f^'(x)/g^'(x) 的极限趋于 0 (Boas 1986)。

LHospitalsRule2

另一个类似的例子是极限 f(x)/g(x),其中

f(x)=xsin(x^(-4))e^(-1/x^2)
(10)
g(x)=e^(-1/x^2)
(11)

x->0 时。虽然 f(x)g(x) 都当 x->0 时趋于 0,但比率的极限为 0,而极限 f^'(x)/g^'(x) 在实数线上是无界的 (Wilf 1966, Rickert 1968)。


另请参见

导数, 扩展中值定理, 极限

使用 探索

参考文献

Abramowitz, M. and Stegun, I. A. (Eds.). Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, 9th printing. New York: Dover, p. 13, 1972.Anton, H. "Improper Integrals; L'Hôpital's Rule." Ch. 10 in Calculus with Analytic Geometry, 2nd ed. New York: Wiley, pp. 532-555, 1984.Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, 1985.Boas, R. P. "Counterexamples to L'Hopital's Rule." Amer. Math. Monthly 93, 644-645, 1986.Gray, A. Modern Differential Geometry of Curves and Surfaces with Mathematica, 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 1997.Gruntz, D. In Computer Algebra Systems: A Practical Guide (Ed. M. J. Wester). Chichester, England: Wiley, 1999.L'Hospital, G. de L'analyse des infiniment petits pour l'intelligence des lignes courbes. 1696.Larson, R.; Hostetler, R. P.; and Edwards, B. H. Calculus: Early Transcendental Functions, 2nd ed. Boston: Houghton Mifflin, 1999.Maurer, J. F. (Managing Ed.). Concise Dictionary of Scientific Biography. New York: Scribner's, 1981.Rickert, N. W. "A Calculus Counterexample." Amer. Math. Monthly 75, 166, 1968.Stolz, O. "Ueber die Grenzwerthe der Quotienten." Math. Ann. 15, 556-559, 1879.Stolz, O. Grundzüge der Differential- und Integralrechnung, Vol. 1. Leipzig, Germany: Teubner, pp. 72-84, 1893.Trott, M. The Mathematica GuideBook for Programming. New York: Springer-Verlag, p. 60, 2004. http://www.mathematicaguidebooks.org/.Wilf, H. S. Calculus and Linear Algebra. New York: Harcourt, Brace, and World, 1966.

引用为

Weisstein, Eric W. “洛必达法则。” 来自 网络资源。 https://mathworld.net.cn/LHospitalsRule.html

主题分类