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洛必達法則


令 lim 代表 極限 lim_(x->c), lim_(x->c^-), lim_(x->c^+), lim_(x->infty), 或 lim_(x->-infty), 假設 lim f(x) 和 lim g(x) 均為 或均為 +/-infty。如果

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

具有有限值,或者如果極限+/-infty,則

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

從歷史上看,這個結果首次出現在洛必達 1696 年的專著中,那是第一本關於微分 calculus 的教科書。在書中,洛必達感謝伯努利兄弟的協助和他們的發現。約翰·伯努利早期的信件給出了規則及其證明,因此伯努利很可能發現了這個規則(Larson 等人,1999 年,第 524 頁)。

請注意,洛必達的名字通常有兩種拼寫方式:“l'Hospital”(例如,Maurer 1981 年,第 426 頁;Arfken 1985 年,第 310 頁)和 “l'Hôpital”(例如,Maurer 1981 年,第 426 頁;Gray 1997 年,第 529 頁),兩者在法語拼寫中是等效的。

LHospitalsRuleOscillatory

洛必達法則偶爾會無法產生有用的結果,如函式 lim_(u->infty)u(u^2+1)^(-1/2) 的情況所示。 在這種情況下重複應用該規則會得到振盪且永不收斂的表示式,

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)

實際極限是 1。

LHospitalsRule1

有時必須謹慎應用洛必達法則,因為它僅在隱式理解的情況下成立,即 g^'(x)infty 附近的鄰域內不會無限次地改變符號。例如,考慮極限 f(x)/g(x),其中

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

x->infty 時。雖然 f(x)g(x) 都當 x->infty 時趨於 infty,但比率的極限在區間 [1/e,e] 內有界,而 f^'(x)/g^'(x) 的極限趨於 0 (Boas 1986)。

LHospitalsRule2

另一個類似的例子是極限 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 時。雖然 f(x)g(x) 都當 x->0 時趨於 0,但比率的極限為 0,而極限 f^'(x)/g^'(x) 在實數線上是無界的 (Wilf 1966, Rickert 1968)。


另請參見

導數, 擴充套件中值定理, 極限

使用 探索

參考文獻

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.

引用為

Weisstein, Eric W. “洛必達法則。” 來自 網路資源。 https://mathworld.tw/LHospitalsRule.html

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