洛必达法则
洛必达法则(L’Hôpital’s rule)在满足条件时,用导数之比求分式的极限。先以有限点右极限的 型为例:若 (),它们在某个右侧邻域可导,且 ;若 ,其中 可以是有限数或带符号无穷,则 。左极限、无穷远和 型有相应版本,使用前仍须核对各自条件。
比值来自哪一个中间点
把 作为连续延拓。对 应用柯西中值定理,在 有 由于 在区间内不为零,由中值定理也可知 。因此 。当 时,中间点 也趋于 ,导数比的极限便传给原分式。这一论证解释了为什么必须检查导数比的极限,而不是只做一次形式上的“上下同时求导”。
算例与边界
对 ,第一次导数比为 ,仍是 ;再次使用得到 。独立核对可用 。若把 在 的分子“求导”成 ,会丢掉并未趋零的常数 1;原式左右分别趋于不同符号的无穷,不满足 前提。
无穷比无穷的一个正常例子是 。分子、分母都趋正无穷,导数比分别是 ,因此原比值趋零。也可以不使用法则:对足够大的 ,对数增长慢于任意正幂;两种论证得出同一增长比较。
还有一类容易被误判的情形:、,当 ,两者都趋于无穷,原比值 ;但导数比 没有极限。洛必达法则的充分条件不满足,不代表原极限不存在。优先使用直接整理,只有问题确实变成允许的未定型时再用本法则。
参考资料
- OpenStax《Calculus Volume 1》§4.8:适用形式与计算。
- 同书 §4.4:中值定理的条件。