(羅比達法則大家都知道,這裡就不累述了!)
我們先看一下羅比達法則標準證明的簡略版:
下面以 x → a⁺ (-∞ ≤ a < +∞) 為例(x→ a⁻類似)。
當 f/g 是 0/0 型時,在 區間 [a, x] 上,根據 柯西中值定理,有:
其中,c ∈ (a, x)。
0/0 型 說明,f(a) = g(a) = 0,於是:
因為,c ∈ (a, x),所以 當 x → a⁺ 時,有 c → a⁺,故:
將等式,最左邊 極限符號 c 替換為 x,最終得到:
得證!
當 f/g 是 ∞/∞ 型時, 令:
下面以 -∞ < K < +∞ 為例 ( K = ±∞ 類似)。
根據極限定義,對於 任意 ε > 0 都存在 δ > 0 使得,所有 a < x < a + δ,都有:
令,b = a + δ,再 區間 [x, b] 上 根據 柯西中值定理,有:
其中,c ∈ (x, b),說明 a < c < a + δ,c 滿足上面不等式,於是:
現在讓 b 固定 讓 x → a⁺ ,由 ∞/∞ 型,知道 g(a) = +∞,所以 g(x) → +∞ > 0,於是 從上面不等式可以得到:
由於, x → a⁺ 時,g(x) → +∞ ,而 b 固定 b ≠ a,所以 f(b) 為 非無窮常值,於是 f(b)/g(x) → 0,這樣最終得到:
由, ε 的任意性,知:
即,
注意:以上證明以說明思路為主,細節上存在漏洞!
以上標準證明中 (1) 和 (2) 處會用的 柯西中值定理,如果用 拉格朗日定理替換,以 (1) 為例,在 區間 [a, x] 上有:
兩個等式相比得到:
這看著與 (1) 很像,但是仔細觀察發現: (1) 處等式左邊 只有 一個 c ,這有兩個 c₁ c₂。我們並不能保證 c₁ = c₂ = c,所以這裡和 (1) 處 等式不同。進而,因為 推導的結果不同,所以,不能用 拉格朗日定理替換柯西中值定理。
結論:在羅比達法則的標準證明中,我們無法直接使用 拉格朗日定理,因為 不能從 拉格朗日定理 直接得到 標準證明所需要的 柯西中值定理 形式。
當然,證明羅比達法則有多種方法,有些情況不一定要用到 柯西中值定理,比如:0/0 型 ,a ≠ ±∞ 時,由 f(a) = g(a) = 0 直接到:
所以就更不需要 拉格朗日中值定理了!
至於,是不是有 直接使用 拉格朗日中值定理 證明 羅比達法則的非標準方法,小石頭才疏學淺,目前不知道!
(羅比達法則大家都知道,這裡就不累述了!)
我們先看一下羅比達法則標準證明的簡略版:
下面以 x → a⁺ (-∞ ≤ a < +∞) 為例(x→ a⁻類似)。
當 f/g 是 0/0 型時,在 區間 [a, x] 上,根據 柯西中值定理,有:
其中,c ∈ (a, x)。
注意:有羅比達法則的條件 g"(x) ≠ 0。0/0 型 說明,f(a) = g(a) = 0,於是:
因為,c ∈ (a, x),所以 當 x → a⁺ 時,有 c → a⁺,故:
將等式,最左邊 極限符號 c 替換為 x,最終得到:
得證!
當 f/g 是 ∞/∞ 型時, 令:
下面以 -∞ < K < +∞ 為例 ( K = ±∞ 類似)。
根據極限定義,對於 任意 ε > 0 都存在 δ > 0 使得,所有 a < x < a + δ,都有:
令,b = a + δ,再 區間 [x, b] 上 根據 柯西中值定理,有:
其中,c ∈ (x, b),說明 a < c < a + δ,c 滿足上面不等式,於是:
現在讓 b 固定 讓 x → a⁺ ,由 ∞/∞ 型,知道 g(a) = +∞,所以 g(x) → +∞ > 0,於是 從上面不等式可以得到:
由於, x → a⁺ 時,g(x) → +∞ ,而 b 固定 b ≠ a,所以 f(b) 為 非無窮常值,於是 f(b)/g(x) → 0,這樣最終得到:
由, ε 的任意性,知:
即,
得證!
注意:以上證明以說明思路為主,細節上存在漏洞!
以上標準證明中 (1) 和 (2) 處會用的 柯西中值定理,如果用 拉格朗日定理替換,以 (1) 為例,在 區間 [a, x] 上有:
兩個等式相比得到:
這看著與 (1) 很像,但是仔細觀察發現: (1) 處等式左邊 只有 一個 c ,這有兩個 c₁ c₂。我們並不能保證 c₁ = c₂ = c,所以這裡和 (1) 處 等式不同。進而,因為 推導的結果不同,所以,不能用 拉格朗日定理替換柯西中值定理。
結論:在羅比達法則的標準證明中,我們無法直接使用 拉格朗日定理,因為 不能從 拉格朗日定理 直接得到 標準證明所需要的 柯西中值定理 形式。
當然,證明羅比達法則有多種方法,有些情況不一定要用到 柯西中值定理,比如:0/0 型 ,a ≠ ±∞ 時,由 f(a) = g(a) = 0 直接到:
所以就更不需要 拉格朗日中值定理了!
至於,是不是有 直接使用 拉格朗日中值定理 證明 羅比達法則的非標準方法,小石頭才疏學淺,目前不知道!