复合函数求导定义证明_复合函数求导公式如何证明?
【长篇符咒预警~慎点!回答本题,纯粹是因为这题勾起了我由来已久欲一吐为快之槽……请原谅我的无聊。。。】
陶哲轩的《分析》一书中,居然把这个证明留成了一道课后习题……还要求用他书中的体系(最“老土”的牛顿逼近法)去证……真是要多特么蛋疼有多特么蛋疼。。。简直丧病啊!
定理10.1.15(复合函数的求导——链式法则):设
,
是
的极限点,并设
是
的极限点。设
是在
处可微的函数且
,
是在
处可微的函数;则两者的复合
在
处可微,且
。
证明(所需命题序号引自陶哲轩书,可直接查看,故不一一赘述):依命题10.1.7(牛顿逼近)以及命题10.1.10(可微性蕴含连续性),可立即得出以下三个条件(1、3用10.1.7;2用10.1.10): ;
2.
;而由此可推出——
3.
。
先对1式后半部用三角不等式的变形:
,代入
,即有
(此处还用到
)。
再对1式后半部使用
(令
),得到
。将同样方法应用至3式后半部,得——
稍作整理,得:
—— ①
—— ②
—— ③
。
现取
,则当
时,①、②、③式同时成立。将①式右边取代③中的
,得 ——
——④
。
以下分两种情况进行讨论——
一、
:此时用
乘②,序关系不变(仅当
时需将
换为
以保持严谨),有:
——⑤
。以⑤的左端取代④式左端
一项,以⑤的右端取代④式右端
一项,这样并不改变④之原有的序关系,得到——
。
整理(重新合并同类项,并使用
),得
——(A)。
二、
:此时用
乘②,序关系反号(向),有:
——⑥
。以⑥的左端取代④式左端
一项,以⑥的右端取代④式右端
一项,这样并不改变④之原有的序关系,得到——
。
整理(重新合并同类项,并使用
,考虑到
,则
,下式不等号右端有意义),得
——(B)。
考虑到
,可以将(A)、(B)两式合二为一:
——(※)。
现给定
,令
,
。这样一来,一方面当
时,
,而
且
使得
;另一方面,当
时,
,而
且
使得
。因此,
,
且
且
。根据1、3两式,存在着
使之针对此处给定的
依以上估计所构造出的
成立;而对于
,依2式知必然存在
使之成立。那么,令
,依(※)则有——
,
依命题10.1.7,定理得证。
□
这证明从最基本的导数、微分的极限定义出发,用各种繁琐庞杂的不等式估计式直接正面硬刚,绝对能特么体现出特仑苏在这本书前言中所强调的“冗繁然而构造性”、“‘严格地’、‘手工地’做分析”的精神实质——“暴力”的硬分析(俗称“干脏活儿”、“硬㨃/怼”)。。。
然而公式敲完之后,只觉天旋地转,喉头发痒咸腥,一口老血喷在屏幕上~
顺便说一句,以下“证明”——
是众所周知的伪证,因为分母
在
时仍然可以为零。然而,很多人误认为
的连续性可以保证
使得
,但——
这是错误的!
然后很多人又会误以为只有常数函数
才会导致这样的bug出现,然而——
这也是妄念!
考虑以下函数,这是关于可微性的经典反例——
,立即打脸。
所以说,纵使这个伪证中存在的bug本质上是个“佯谬”,但也得认真对待——弄得不好,纸老虎也是会咬人的。
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