嚴謹的微分理論

羅必達法則

有些極限出現時形狀看似無望,如 0/0 或 無窮/無窮,直接代入毫無資訊。羅必達法則提供了一條出路:把分子與分母換成它們的斜率——它們的導數——再試一次極限。新比值往往是溫順的,從而解決那個不定式。

陳述(0/0 情形):設 f 與 g 在 a 附近可微(在 a 處可能除外),g'(x) 在 a 附近不為 0,且當 x -> a 時 f(x) -> 0、g(x) -> 0。若 lim_{x -> a} f'(x)/g'(x) 存在(有限或無窮),則 lim_{x -> a} f(x)/g(x) 等於同一個值。對 無窮/無窮 形式、單側極限以及 x -> 無窮 有平行的陳述。證明背後的引擎是柯西中值定理。

兩條警告防止它被濫用。其一,它只適用於真正的不定式;用它處理像 (x + 1)/(x + 2) 在 0 處這樣顯然等於 1/2 的極限會給出錯誤答案。其二,該法則是單行道:若 f'/g' 沒有極限,你不能就 f/g 得出任何結論,f/g 仍可能收斂。它是一個值得一試的工具,而非保證。

lim_{x -> 0} sin(x)/x 是 0/0 形式;對上下求導得 cos(x)/1 -> 1,故原極限為 1。相反,lim_{x -> infinity} (x - sin x)/x = 1,但 f'/g' = (1 - cos x)/1 沒有極限——羅必達法則在此沉默,答案須另尋他法。

該法則解決了第一個極限,但對第二個無能為力——f'/g' 不存在並不意味著 f/g 不存在。

又稱
L'Hospital's rule洛比达法则羅必達定理