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0/0型不定式

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0/0型不定式课程教案、知识点、字幕

前面我们介绍过微分中值定理

微分中值定理它就给出了我们

把函数与导数联系在一起的关系

有了微分中值定理这些关系之后

我们接下来就可以讨论一些具体的

在函数问题中常见的一些情况

比如我们要介绍的第一个问题就是说

怎么样利用导数运算来求函数值的大小

这在微积分里面我们统称为罗比达法则

这是我们这一章第二节的内容

罗比达法则

就是关于罗比达法则

尽管我们是以罗比达的名字命名的

实际这个法则本身应该是由瑞士数学家

约翰伯努利提出的

罗比达应该说可以说是伯努利的学生

因为罗比达把这个求极限的方法

在他写的一本教材里面做了介绍

而这本教材应该是在就是十七世纪末出现的

也是历史上第一本有关所谓分析的教材

或者是微积分的教材

因为他首先做的介绍

所以现在我们习惯上

把这个方法称为罗比达法则

那我们看一下

罗比达法则处理的具体问题是什么

因为我们知道

函数极限就是除了极限过程比较丰富之外

有时候我们碰到的问题也是比较多样的

所以我们就先看一下

所谓的0比0型的不定式

它怎么定值

首先什么叫0比0型的不定式

从这个形式大家可以很容易想到

它指的主要就是一个分式函数

在同一个极限过程下

分子分母都趋向于0的情况

这个时候我们自然不能用极限的除法运算

所以说这时候我们把它称为不定式

之所以称为不定式就是说

这个形式的分式函数在求极限的过程中

它有可能极限存在是个具体的值

也有可能极限不存在但它是个无穷大量

但是第三种情况也是可以的

就是极限既不存在也不是无穷大

所以说我们把它叫不定式

那我们看一下这个时候这个罗比达法则

主要指的是什么样子

我们先看一下就是x趋向于x_0时

就是说这个0比0型不定式怎么定值

写一个定理

定理是这样子的

若函数f(x)g(x)满足

第一个首先我们考虑的问题

是在这个极限过程下

它们都是无穷小量

或者是说它们的极限都存在而且都等0

第二个就是在x_0附近

然后f'(x)g'(x)都是存在的

当然做分母的不能等0

也就是g'(x)不等0

第三个就是说x趋向于x_0这一个极限过程下

f'(x)比上g'(x)

它的极限比如说是存在的

或者是极限不存在但它是无穷大

如果是这样子的时候我们的结论就是

则我们要处理的这个极限问题

也就是f(x)比上g(x)

这就是一个0比0型的不定式的问题

它就应该跟这个分式函数的极限问题

结论是完全一样的

什么叫结论完全一样

也就是说如果它极限等于1的时候

我原来这个极限也等于1

如果它是无穷大量的时候

我原来这个分式也是无穷大量

我想这样一说的时候大家知道

罗比达法则自然也是有限制的

它的限制就是说

如果这个分式它既没有极限又不是无穷大

那说明对这种情况我是没有罗比达法则的

也就是我罗比达法则没法处理那种情况的

我想这是咱们这个结论

接下来我们看一下这个证明

这个证明实际上在这个条件下

应该是很简单的

尽管我们在这个地方只是说

它在这附近一阶偏导数存在

也就在x_0这点因为我们讨论的是极限问题

自然不关心它在x_0的情况

但是如果仅仅是在这一点

我不知道它的性质的时候

大家看我可以构造一个简单的辅助函数

就是F等于f(x)

这是x不等于x_0

然后接下来在x等于x_0 我定义成0

类似的G(x)在x不等于x_0时

我们定义成g(x)

在x等x_0时

让它函数值等0

那么请大家看一下F(x)G(x)

是不是应该满足闭区间连续

所谓闭区间指的是一个端点是x_0

另外一个端点是x

开区间内可导

然后这个时候

我就可以用所谓的柯西中值定理了

因为这时候大家看一下

我的f(x)比上g(x)

自然可以写成F(x)比上G(x)

这个自然可以表示成F(x)减掉F(x_0)

比上G(x)减掉G(x_0)

因为这两个是等0的

用一下我们前面介绍过的柯西中值定理

这就是F'(ξ)比上G'(ξ)

ξ是介于这两个点之间的一个点

自然是不等于x_0

这个时候也就是f'(ξ)g'(ξ)

那这个时候大家看一下

如果我这面让x趋向于x_0

因为这个ξ是介于x和x_0之间的一个点

是不是意味着我们的ξ也趋向于x_0

而我们的条件是什么

我们的条件是说这个导数之比极限存在

或者是无穷大

所以说如果导数之比极限存在

或者是无穷大的时候

那么特别的在ξ趋向于x_0时

这个也是极限存在或者说是无穷大量

这样利用极限的运算我们自然就知道

这个极限x趋向于x_0时 f(x)g(x)

应该就等于x趋向x_0时

这是f'(x)g'(x)

但是接下来说如果这个极限不存在

这个也不是无穷大量的时候

为什么说你这个等号不能用

因为是这样子的

x趋向x_0时这个导数之比极限不存在

并不意味着我以特殊的方式

让这个点趋向于x_0时

它极限也是不存在的

也就是说一般的

这个极限过程极限不存在的时候

我这是一个特殊的极限过程

它有可能是存在的

如果它存在的时候自然意味着

我这个函数之比极限也是存在的

换句话说大家可以现在简单的想象一下

也就是说导数之比极限不存在的时候

你用这个等式你是无法说清楚

它函数极限也是不存在的

事实上它有可能是存在的

也正是因为这样所以说我们罗比达法则

只对这两种情况是适用的

这是关于这个证明

有了这个证明之后

我们自然问这么一个问题

这个问题是我们前面曾经学过

这么一个极限

叫sinx比上x在x趋向于0时极限是1

大家应该能够回忆起来

我们怎么样得到了这个结论

实际上我们是有了函数极限的夹逼定理之后

用夹逼定理严格给出了一个证明

我想这个证明尽管不算太难

但对于我们初学者来说

实际上也是一个有一定难度的证明

有的同学就说了说你太麻烦了

说你这个不就是一个0比0型的不定式吗

你有了罗比达法则之后

你为什么不这样写

分子的导数是cosx

分母的导数是1

你又知道cosx在x趋向于0时

这不就等于1吗

这多简单

但是大家注意这个不能作为这个重要极限的证明

原因是什么

我就再问大家一个问题

你sinx的导数为什么等于cosx

我们是用导数定义给出证明的

在做这个导数定义的证明过程中

如果大家没有忘掉的时候

你应该记得我们曾经用到过这个极限是1的

也就是换句话说

如果大家忘了这个极限等于1

你可以用罗比达法则这样来记忆

但是千万不要认为我这个等号

就证明了罗比达法则

因为在证明这个等号的过程中

你已经用到了这个极限是1

我想这是一个问题

因为学完微积分之后

可能光记住了一些极限结论

而忘掉了这些结论是怎么来的

有时候可能会出现这种让人困惑的想法

这是这个东西

接下来我们看几个简单例题

第一个例题求一下x趋向于0

x减掉x倍的cosx除上x减sinx

大家一看这是0比0型的

而且导数存在

在0点附近导数不会等0的

那直接用罗比达法则

x趋向于0

这个地方就是1减掉cosx

上面如果我不做任何变形的时候

也就是1减掉cosx

再加上x倍的sinx

我想这个题目做到这

我们就应该能得到结果

因为第一部分除上这个分母是1

第二部分这应该是跟x平方等价的

而这个是跟二分之一倍x平方等价

所以后面这个一除极限应该是2

所以这整个极限应该等3

当然如果有的同学说我没有看出来

但是我看出来它仍然是0比0型的

没关系仍然是0比0型的

咱就再用一次罗比达法则

分母的导数

分子的导数应该是sinx

再加上sinx再加上x乘上cosx

我想到了这一步大家看

前面这个极限是2

后面这个极限是1

所以你应该能看出来等于3来了

当然有的同学说我还看不出来

没关系我就再给你一次机会

因为它还是0比0型的

所以我们就再求一次

这就是cosx分之

上面这是一个两倍的cosx再加cosx

再减掉x乘上sinx

我想到了这一步

你无论如何应该能看出来了

它的结果等3

因为这就是除法运算了

当然就这个题目来说

大家注意就是说

我要做的时候我能不能先化简

最后使得这个过程简单点

这个地方应该有一步可以化简的

因为这个分子是x乘上1减cosx

1减cosx大家知道

它就跟二分之一x平方等价

所以这个问题应该可以这样去做

会稍微简单一点

原式等于x趋向于0

然后这个地方就是

x乘上二分之一倍的x的平方

再是个x减掉sinx

这应该是相等的

然后这是个0比0型的东西

我们用一次罗比达法则

x趋向于0

这个地方应该是二分之三倍的x平方

这个地方除上的是1减cosx

我想到了这个地方

大家是非常容易想到x平方除上1减cosx

它的极限应该是2

好 2乘二分之三等3

我想第二个方法也就是提醒大家

在用罗比达法则求极限的过程中

因为我们会牵扯到导数运算

如果大家能够把这个乘除因子

能够尽可能的用它的等价物去代替的时候

那么我们会对导数做很大的化简

我想这是第一道例题

接下来第二道例题

我们来看一下这道题

再除上x减sinx

这个大家都能看出来这是个0比0型的不定式

所以我们做这个问题的时候

也是先用罗比达法则

x趋向于0

底下是1减cosx

上面大家求导

注意这面是加上e的-x次方

再减掉2

那这个大家一看在x趋向于0的过程下

仍然是0比0型的

所以我们就再用一次x趋向于0

这面是e的x次方减掉e的-x次方

再除上x

这当然还是0比0型的

那我们最后再用一次

x趋向于0

就是cosx

e的x次方加上e的-x次方

到了这个形式大家知道

分子的极限是2

分母极限是1

利用极限的除法运算

结果就出来了

我想这个题

跟刚才我们这道题的第一种做法是类似的

也就是在求极限的过程中

你只要保证它是0比0型的

你不妨再继续用罗比达法则往下化简

在这种情况我们举最后一道例题

就是举一道x趋向于0

x平方sin x分之一 再比上x

譬如说为了让大家不那么明显的把x消掉

比上sinx

这是个0比0型的东西

当然0比0型的东西

我们就试着看一下能不能用罗比达法则

分母的极限是cosx

分母的导数是cosx

分子的导数应该是两倍的x乘上sin x分之一

这个地方大家求一下

它这个一个复合求导

复合求导之后应该是加上cos x分之一

减掉

因为它x分之一求导是负的x方分之一

负的x方分之一 跟它消掉是个-1

所以就减掉这个东西

我想到了这一步之后大家注意

分母的极限是1

分子两部分第一部分极限是0

第二部分极限不存在

所以分子极限是不存在的

也就是说这个时候就出现了我们担心的情况

什么情况就是分子的导数跟分母的导数之比

极限既不存在也不是无穷大

那这时候说明

刚才我们不过就是做一个简单热身

也就是说这个等号

这个时候我们是不能写的

那回过头来这确实是一个极限

它的情况是确定的

这个极限大家可以看

我可以这样去求

x趋向于0 x比上sinx

再乘上x乘上sin x分之一

这个极限是1

这个是无穷小量与有界变量乘积极限是0

所以这个答案应该等于0

这就是我们0比0型出现了

不能用罗比达法则的情况

我们一定要想其他办法去求这样的极限

刚才我们介绍了x趋向x_0时

0比0型不定式的定值法

但是我们知道在x趋向无穷时

它也可能会出现分式函数

分子分母同时趋向于0的情况

所以接下来我们简单说一下在x趋向于无穷时

然后0比0型不定式

它的定值法

这个定理跟刚才x趋向于x_0时

是类似的

也就是说我们假设f(x)g(x)

满足三个条件

第一个就是在x趋向无穷时

它们极限都是0

x趋向无穷时极限都是0

第二个然后f'(x)g'(x)在无穷远附近

存在这个导数

而且g(x)导数不等于0

第三个也就是在同一个极限过程

也就是x趋向无穷时

f'(x)比上g'(x)极限存在

或者是极限不存在是无穷大

结论则x趋向于无穷时

我们f(x)比上g(x)

这个0比0型不定式的极限情况

就跟x趋向无穷时

f'(x)比上g'(x)的极限情况是一样的

我想在这个结论里面我只给大家解释

在无穷附近指的是什么

实际在前面介绍x趋向无穷时极限的时候

我们曾经说到了

所谓的无穷附近指的是

在某一个闭区间之外它都怎么样

其他的跟x趋向于x_0时的

都是类似的

这个我们也给一个简短的证明

这个证明是这样子的

因为我们已经知道了x趋向于一个确定点时

那个所谓的罗比达法则是成立的

那这个时候大家看一下

我们只要把这个极限过程

通过一个简单的变量替换

变成我们已经知道的情况就可以了

我就让x等于t分之一

那么x趋向于无穷自然等价于t趋向于0

这个时候就是f(t分之一)除上g(t分之一)

请大家注意一下因为这个函数

分子分母应该都是简单的复合函数

在给定条件下它们导数也是存在的

所以这个时候这个关于p的这个复合函数

就满足刚才我们介绍过的

x趋向于x_0时的那个罗比达法则的条件

它自然可以用我们已经得到的结果

就是t趋向于0

上面就是它的导数

复合函数求导再乘上负的t方分之一

然后接下来就是g'(t分之一)

再乘上负的t方分之一

这样上下这个因子都消掉

我们再把这个极限过程

通过变量替换换回去

也就是x是等于t分之一的

那极限过程就是x趋向于无穷

这就是f'(x)再除上g'(x)

这样有了x趋向于x_0时的情况

我们就得到了x趋向于无穷时它也是对的

当然大家说你x趋向于x_0

它有所谓的左极限右极限

请大家想一下

只要证明了x趋向于x_0是对的

左极限右极限自然是对的

只要得到了在x趋向于无穷时的结果

我自然也就知道

x趋向于正无穷和x趋向于负无穷时

有类似的结论

这些我们都不展开讨论了

比如说我们看一个简单的例题

也就是我要考虑x趋向于正无穷

上面是二分之π减掉arctanx

底下我们是x分之一

那么大家一看这是个简单分式函数

而且在x趋向无穷时

因为arctanx的极限是二分之π

所以这应该是一个0比0型的不定式

那我们用一次罗比达法则

也就是x趋向于正无穷

底下一求导是负的x方分之一

上面一求导是负的1加x方分之一

那这个地方我们做一个简单的整理

这是x趋向于正无穷

这就是x方除上1加x方

这当然在这个极限过程下

分子分母都是无穷大量

实际上我们即使不做下面这个变形

大家也应该知道它的极限是什么

我们做个变形就变成了上下同除x的平方

现在分子极限是1

分母极限是1

所以最后结果就是1

这就是我们要介绍的

在某一个极限过程下

一个分式函数

分子分母都趋向于0时的罗比达法则

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-第一节 实数集的界与确界

--实数集的界

--实数集的确界

-第一节思考与练习

--思考题

--练习题

-第二节 函数的概念

--函数定义与函数图形

--分段函数与隐函数

-第二节思考与练习

--思考题

--练习题

-第三节 函数的运算

--函数的四则运算与复合运算

--函数的反函数

-第三节思考与练习

--思考题

--练习题

-第四节 函数的初等性质

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--函数的凸性

-第四节思考与练习

--思考题

--练习题

-第五节 初等函数

--初等函数

-第五节思考与练习

--思考题

--练习题

-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--无穷大量

-第一节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第一节思考与练习

-第二节 数列极限存在的充分条件

--数列极限存在的充分条件

--单调有界收敛定理

-第二节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第二节思考与练习

-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--Cauchy收敛准则

-第三节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第三节思考与练习

-第四节 函数极限的概念与性质

--函数极限的概念

--函数极限的性质

-第四节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第四节思考与练习

-第五节 函数极限的运算

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-第五节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第五节思考与练习

-第六节 无穷小量及其(阶的)比较

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--无穷小量的比较

-第六节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第六节思考与练习

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-第一节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第一节 思考与练习

-第二节 闭区间上连续函数的性质

--闭区间上连续函数的性质

-第二节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第二节 思考与练习

-第三节 函数的一致连续性

--一致连续的概念

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-第三节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第三节 思考与练习

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--导数的几何意义

--微分概念

-第一节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习

-第二节 导数与微分的运算

--导数的四则运算

--复合函数的求导法(链导法则)

--反函数求导法

-第二节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习

-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--高阶导数

-第三节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-第一节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第一节 思考与练习

-第二节 L'Hospital 法则

--0/0型不定式

--∞/∞型不定式

--其他形式的不定式

-第二节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第二节 思考与练习

-第三节 函数的单调性与极值

--函数的单调性

--函数的极值

--函数最值的求法

-第三节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第三节 思考与练习

-第四节 函数的凸性与拐点

--函数凸性的判别法

--拐点

--曲线的渐近性

-第四节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第四节 思考与练习

-第五节 Taylor 公式

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-第五节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第五节 思考与练习

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习

-第二节 换元积分法

--第一换元法

--第二换元法

-第二节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习

-第三节 分部积分法

--分步积分法

-第四节 有理函数的积分

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习

-第五节 简单无理式的积分

--无理函数的有理化

--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习

第七章 定积分

-第一节 积分概念与积分存在条件

--定积分的概念

-- 函数的可积性

--第七章 定积分--第一节思考与练习

-第二节 定积分的性质

--定积分的性质

--定积分性质的应用

-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式

--变上限积分

--复合变限积分

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--定积分的计算

--第七章 定积分--第三节思考与练习

-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--第七章 定积分--第四节思考与练习

-第五节 定积分的几何应用

--平面区域的面积

--曲线的弧长

--平面曲线的曲率

--旋转体体积与表面积

--第七章 定积分--第五节思考与练习

-第六节 定积分的物理应用

--物理应用简介

-第七节 反常积分

--反常积分

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--第八章 级数--第一节 思考与练习

-第二节 正项级数的收敛判别法

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--第八章 级数--第二节 思考与练习

-第三节 任意项级数

--交错项级数

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--第八章 级数--第四节 思考与练习

-第五节 幂级数

--Abel判别法

--收敛半径与收敛域

--幂级数的分析性质

--无穷可导函数的幂级数展开

--幂级数求和

--第八章 级数--第五节思考与练习

-第六节 傅里叶级数

--三角函数的正交性

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

0/0型不定式笔记与讨论

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