洛必達法則 第一個例子,感覺有循環論證之嫌

PS:備份我當時(2013-11-5 11:59:41)看到的wiki一份洛必達法則 - 維基百科,自由的百科全書


能。直接使用三角函數的分析定義。

[公式]

[公式]

發現 [公式],然後就可以洛了(

但是,這個「三角函數」,真的和幾何定義等價嗎?

啊,那就見這個回答了:

三角函數只能在直角三角形中計算嗎??

www.zhihu.com圖標

是可以的!

我們需要回到三角函數的定義、弧度制的定義去解答這個問題。

眾所周知曲線 [公式] 的一段弧長為 [公式] ,而單位圓的參數方程用三角函數表示為: [公式] ,其中 [公式] 是連續可導的函數(這並非循環論證,而是說常見教材證明這兩個函數連續和可導是多餘的。如果你不滿意這個解釋,認為沒有證明其存在性,請看下面的更新,利用隱函數存在性定理證明),而弧度制的定義為,角度等於單位圓對應弧長,即:

[公式]

將兩端求導,並加上單位圓方程,得到:

[公式]

對方程(1)(單位圓方程)兩端求導,得到 :

[公式]

帶入 [公式] ,得到: [公式] ,再將其代入方程(2)(弧度制方程),得到 [公式] (至於為什麼不是-1,是因為 [公式]

根據洛必達法則:

[公式]

但是並不用這麼麻煩,因為根據導數的定義:

[公式]

當然如果用別的方法比如級數定義三角函數那另說。

參見:

如何嚴格證明 sinx<x(0<x<π/2)??

www.zhihu.com圖標

更個新,換用隱函數存在性定理證明。

你說憑啥上面單位圓用三角函數寫成參數方程,他就連續可導呢?

考慮單位圓的右半圓周 [公式] ,點 [公式][公式] 之間的弧長為:

[公式]

[公式] ,因為偏導數 [公式] 連續,由隱函數存在定理,在 [公式] 的一個鄰域存在連續可導的函數 [公式] ,使得 [公式],且 [公式]

因為 [公式][公式] .

同理根據洛必達法則:

[公式]

同理並不用這麼麻煩,因為根據導數的定義:

[公式]


再更新:

我們發現單位圓弧長公式中,右邊是一個正弦值的函數,左邊的弧長可以看做弧度制下的角度,這正好與反正弦函數的定義相符。

[公式]

因此我們可以定義弧度制下的反正弦函數:

[公式]

其反函數則是正弦函數的一部分。


不能用洛必達法則在用夾逼定理證出sinx/x的極限是1後,用sinx/x=1為條件證出了sinx導數為cosx。而如果用洛必達法則證lim sinx/x (x趨近於0) 時需要對sinx求導,但sinx求導的推導過程用到了(sinx/x=1)這個前提條件,所以不能用洛必達法則。

不行,我非要講一下,看到太多人裝逼循環論證了。循環論證的理解不是洛必達的證明過程需要用到sinx/x,而是用完洛必達之後的lim(x→0)sinx/1不能直接等於lim(x→0)cosx/1(因為sinx=cosx的證明需要用到sinx/x),注意是「用完洛必達之後」。洛必達你說拿個夾逼定理證明還說的過去,說什麼是用sinx/x為基礎證出來的,這是微分方程學魔怔了,啥都要個初值唄。洛必達可以用柯西中值定理證明,柯西中值定理可以用羅爾定理證明,而羅爾定理需要用到費馬引理,而他們的條件是區間連續且區間內可導!沒有要求sinx/x,包括定理費馬引理的證明過程中也沒有涉及sinx/x,只是涉及到駐點x處f(x)=0,這個駐點處的導數為零難道你是用:f(x)=cosx故f(0)=cos0=1求的?明明是用保號性證明的好吧。


嚴格來說的確不能。

如果用洛必達證明它的話,那麼就一定要計算 [公式] 的導數,而這個推導過程又會回到證明 [公式] 上來,

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]


另外這個問題已經有人問過了,回答還是比較準確的。

為什麼不能用洛必達法則證明兩個重要極限??

www.zhihu.com圖標

這裡的題主提到一篇文獻:

[1]張軍亮.用洛必達法則證明重要極限的邏輯錯誤[J].高等數學研究,2015,18(05):20+28.

文獻中的邏輯還是比較清楚的,他要表達的主要意思是:

1、 由於在用洛必達法則證明這一極限時,必須要用到 [公式] 的導數為 [公式] ,而這個極限的證明剛好又要用到洛必達法則。

2、即便使用Taylor展開來證明,在推導 [公式] 的Taylor展開時其實也用到了它的導數。這樣的話相當於又用了一次洛必達法則。

因此無論如何,如果用洛必達法則來證明的話,其推導過程如果都是(間接且必須)依賴 [公式] 這個結論本身的,這樣就形成了所謂的「循環論證」。


可以 在復域展開就行了()

[公式]


可以用洛必達法則計算,因為滿足洛必達法則使用的條件

反對目前的高贊回答. 事實上, [公式] 是可以用洛必達法則來計算的,且中間不存在循環論證. 這是因為三角函數是完全可以從其他角度(甚至是更嚴謹地)來定義,比如說冪級數. 從冪級數角度一下子就可以得到 [公式]

於是 [公式]

更多細節可以參見

楊樹森:三角函數的嚴格定義?

zhuanlan.zhihu.com圖標楊樹森:三角函數的級數定義符合幾何直觀?

zhuanlan.zhihu.com圖標
當x趨向於0的時候是可以總洛必達的

要想用洛必達法則證明那個極限等於1,就得證明sinx的導數是cosx,可是sinx的導數是cosx是先用夾逼定理證明出用那個極限等於1,再用那個極限等於1證明出來的。

除非用比這種方法更麻煩的方法證明出sinx的導數是cosx。


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