01 开场白

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:

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(1)

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。

维基百科

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。

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(2)

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 g(x) = -cot(πx/2)

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(3)

图1:洛必达法则(一)

上图可以看出,在 x = 1 处,f(1) = g(1) = 0

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(4)

让我们稍作变换:

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(5)

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

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(6)

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:

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(7)

  • 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;

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(8)

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(9)

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

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(10)

图片来源网络

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。

求极限哪种情况可以用洛必达法则(00)(11)

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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