復合函式求導定義證明 復合函式求導公式如何證明?

2021-10-12 23:39:04 字數 1703 閱讀 1179

【長篇符咒預警~慎點!回答本題,純粹是因為這題勾起了我由來已久欲一吐為快之槽……請原諒我的無聊。。。】

陶哲軒的《分析》一書中,居然把這個證明留成了一道課後習題……還要求用他書中的體系(最「老土」的牛頓逼近法)去證……真是要多特麼蛋疼有多特麼蛋疼。。。簡直喪病啊!

定理10.1.15(復合函式的求導——鏈式法則):設

證明(所需命題序號引自陶哲軒書,可直接檢視,故不一一贅述):依命題10.1.7(牛頓逼近)以及命題10.1.10(可微性蘊含連續性),可立即得出以下三個條件(1、3用10.1.7;2用10.1.10):

2.而由此可推出——

3.先對1式後半部用三角不等式的變形:

,代入

,即有

(此處還用到

)。再對1式後半部使用

(令 ),得到

將同樣方法應用至3式後半部,得——

—— ①

—— ②

—— ③

現取,則當

時,①、②、③式同時成立。將①式右邊取代③中的

,得 ——

——④以下分兩種情況進行討論——

一、:此時用

乘②,序關係不變(僅當

時需將

換為以保持嚴謹),有:

——⑤。以⑤的左端取代④式左端

一項,以⑤的右端取代④式右端

一項,這樣並不改變④之原有的序關係,得到——

整理(重新合併同類項,並使用

),得

——(a)。

二、:此時用

乘②,序關係反號(向),有:

——⑥。以⑥的左端取代④式左端

一項,以⑥的右端取代④式右端

一項,這樣並不改變④之原有的序關係,得到——

整理(重新合併同類項,並使用

,考慮到

,則 ,下式不等號右端有意義),得

——(b)。

考慮到,可以將(a)、(b)兩式合二為一:

——(※)。

現給定,令

,這樣一來,一方面當

時, ,而

且 使得

另一方面,當

時, ,而

且 使得

因此,

且 且

根據1、3兩式,存在著

使之針對此處給定的

依以上估計所構造出的

成立;而對於

,依2式知必然存在

使之成立。那麼,令

,依(※)則有——

,依命題10.1.7,定理得證。

這證明從最基本的導數、微分的極限定義出發,用各種繁瑣龐雜的不等式估計式直接正面硬剛,絕對能特麼體現出特侖蘇在這本書前言中所強調的「冗繁然而構造性」、「『嚴格地』、『手工地』做分析」的精神實質——「暴力」的硬分析(俗稱「幹髒活兒」、「硬㨃/懟」)。。。

然而公式敲完之後,只覺天旋地轉,喉頭發癢鹹腥,一口老血噴在螢幕上~

順便說一句,以下「證明」——

是眾所周知的偽證,因為分母

時仍然可以為零。然而,很多人誤認為

的連續性可以保證

使得 ,但——

這是錯誤的!

然後很多人又會誤以為只有常數函式

才會導致這樣的bug出現,然而——

這也是妄念!

考慮以下函式,這是關於可微性的經典反例——

,立即打臉。

所以說,縱使這個偽證中存在的bug本質上是個「佯謬」,但也得認真對待——弄得不好,紙老虎也是會咬人的。

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