在学习洛必达法则之前,我们都会先接触到极限的夹逼定理。在夹逼定理的学习中,最经典的例子就是:
上式中就是典型的 0/0 形式。
洛必达法则(法语:Règle de L'Hôpital,英语:L'Hôpital's rule)是利用导数来计算具有不定型的极限的方法,由瑞士数学家约翰·伯努利所发现。
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02 洛必达法则定义:若两函数 f(x), g(x)在以 x = c 为断点的开区间可微,并且 g'(x) ≠ 0。
洛必达法则
为了说的明白些,我们先构造两个函数 f(x) = x - 1 和 g(x) = -cot(πx/2)。
图1:洛必达法则(一)
上图可以看出,在 x = 1 处,f(1) = g(1) = 0。
让我们稍作变换:
推导过程
那么,怎么去找一个简单的解释去理解这个概念呢?最后,我还是想结合物理知识对洛必达法则进行解释。
03 洛必达法则的物理解释
图2:洛必达法则(二)
我们再一次请出红蓝小球进行赛跑。这一次的跑道已经规定好了。
假设红色和蓝色曲线分别为红蓝小球 距离~时间 的关系曲线。
这时候,我们回过头来看:
- f(x) 即表示为 蓝球 相对于 x轴 的距离;
- g(x) 即表示为 红球 相对于 x轴 的距离;
那么,f(x) / g(x) 则是蓝、红小球在 相同时间 内运动的距离比。
距离 = 平均速度 * 时间
所以,f(x) / g(x) = 蓝球平均速度 / 红球平均速度
在上例中,洛必达法则可以理解为我们需要找到在 x = 1 附近的极短时间 dx 内的平均速度比。
引入积分无限分割的思想:
时间段 x ~ x dx 内,平均速度 = 时间点x的瞬时速度;
知道这层关系之后,我们在来看两个小球赛跑的过程。
开始时,红球距离 x轴 比蓝球远很多;随时时间越来越靠近 x = 1,红球迎头赶上并同时到达。
也就是说,在 x = 1 时刻,红色和蓝色小球所处的位置是一样的,但是内在状态是不一样的。就如同奥运短跑冠军和你我同处起跑线,但是奥运冠军体内定然有着超越你我的瞬时爆发力。
04 洛必达法则说人生微积分的学习过程可以体会很多人生道理。比方说 A: f(x) 和 B: g(x) 的人生走到了尽头,回顾一生。
f(x) / g(x) : 表示一生的成就比较,由于A和B年龄相仿,f(x) / g(x)也可以理解为 一生中 A 和 B的平均努力程度,假设A是世界首富,B只是工薪阶层。那么,我们可以总结A的平均努力程度一定大于B。
但是,当我们将时间定格在人生的某一个节点上的时候,lim( f(x) / g(x) ),结果则未可知。
- 有的人晃荡半生,一朝开窍,发愤图强。
- 有的人顺风顺水,不思进取,逐渐沉沦。
那么,洛必达法则是不是可以理解为,任何时候努力都来得及,只要你还活着呢!
05 洛必达法则的由来
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洛必达此人严格意义上说是一个“没有天赋,但是异常努力的数学家”。他出生在法国中世纪的贵族家庭,酷爱数学,师承大名鼎鼎的伯努利。但终其一生并没有实质性成果。
据传,洛必达法则其实是洛必达的老师伯努利的学术论文。由于伯努利生活落魄,学生洛必达就提出了金钱换知识产权的方案,成功从伯努利那买到了洛必达法则。这一交易如果属实,那伯努利着实亏大发了。
同时,洛必达曾语出惊人,他说:“
人这辈子一共会死三回:
第一次是你的心脏停止跳动,生物学角度上的死亡;
第二次是在葬礼上,认识你的人都来祭奠,社会关系和地位角度的死亡;
第三次是最后一个记得你的人死后,真正的死亡;
”
想来确实很有道理,之前看过一部电影叫:Coco。
人死后的灵魂会在世上最后一个记得你的人死后而消失,或许编剧的灵感来源于洛必达吧。
06 总结这次扯得有点多。
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