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Cauchy 均值定理的一個應用, 是 l'Hopital 求極限的法則.
定理. 設 f(x) 及 g(x) 在包含 c 點的一間隔中連續且可微分.
假定 g' 在此間隔中
,
且
則
證明. From Cauchy's Theorem,
for some number
between x and c.
As
,
is squeezed to c too.
Hence the theorem.
注意. 在本定理的證明中, 其實我們沒用到 f 和 g 在 c 點的可微分性,
所以定理的條件有一點多餘.
One or both of the numbers c and l can be changed to ,
but the grounds of these cases lie much deeper,
and for the time being we just take them for granted and leave their
proofs till a later day.
This theorem, as well as the cases with c and/or l changed to ,
is known as l'Hopital's rule. We give some applications below:
例 1
Compute
.
Solution. Since
,
we may apply l'Hopital's rule to get
例 2
Compute
.
Solution. Let
.
Then
By l'Hopital's rule we get
Therefore
當
求 f(x) 的極限時,
如果我們把 f(x) 的定義域局限在 x 的左邊,
則所求的極限叫 f 的左翼極限, 以符號
表之.
仿此如果我們把 f(x) 的定義域局限在 x 的右邊, 則得到 f 的右翼極限
.
左翼和右翼極限通稱單翼極限, 對於它們, l'Hopital's rule 也管用.
證明. (a)
,
(b)
習
題
- 1.
- 參考本節中討論微分學的均值定理前的文字,利用微分學均值定理證明
積分學均值定理,並注意
可取自開間隔 (a,b).
- 2.
- 對下列各函數, 在其定義域中找出滿足 mean-value theorem 的 .
(a)
f(x)=x2 on [1,2],
(b) f(x)=1/x on [4,9],
(c) f(x)=x on [0,1],
(d)
f(x)=2x3-x2+3x-5 on [-1,1].
- 3.
- 設 a, b 是任意固定的實數, 試證下二不等式:
(a)
,
(b)
.
- 4.
- 試證若多項式
的所有根都是實數, 則其逐次導函數 p'(x), p''(x),
,
p(n) 也僅有實根.
- 5.
- Suppose that
.
Show that the equation
has at least one root in (0,1)
- 6.
- Let
f(x)=1-x6/7.
Then
f(-1)=f(1)=0, but
for all
.
Does this ocntradict Roll's theorem?
- 7.
- 試計算下列各極限:
(a)
,
(b)
,
(c)
,
(d)
,
(e)
,
(f)
,
(g)
,
(h)
,
(i)
,
(j)
.
- 8.
- 設 .
試證
註.
讀作 signum of x, 其定義如下:
- 9.
- L'Hopital 定理之逆不真之例: 令
試證
但
當
時無極限.
- 10.
- 設 f(x) 及 g(x) 滿足下列條件:
(a) f(x), f'(x), ,
f(n-1)(x), g(x), g'(x),
,
g(n-1)(x) 均在 [a,b] 中連續.
(b)
f(n)(x) 和
g(n)(x) 均在 (a,b) 中存在.
(c) [a,b] 中有 n+1 個點
使
f(xi)=g(xi),
.
試證 (a,b) 中必有一點
使
.
註. n=1 時即為 Rolle's theorem.
- 11.
- 設 f(x), g(x), h(x) 均為 [a,b] 上的連續函數,
且均在 (a,b) 上可微分. 試証 (a,b) 中必有一數
使
註. h(x)=1 時回到 Cauchy 的均值定理.
- 12.
- Let f(x) and g(x) be continuous functions on [a,b]with
for all
.
Prove that there is a number
in (a,b) such that
註. 本結果叫作 the weighted mean-value theorem for integrals
或第二均值定理. g(x)=1 時回到積分學的均值定理.
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1999-06-27