Zunächst mal können wir für diesen Teil die t-Abhängingkeit komplett ignorieren.Wir können deine Frage als Theorem umformulieren:
Sei f∈C∞(R)∩L2(R) eine Lipschitz-stetige Funktion mit limx→±∞f(x)=0. Dann gilt bereits
limx→±∞∂f(x)∂x=0.
Beweisen würde ich das wie folgt:
Angenommen, die Aussage gilt nicht. Das heißt, für für ein ϵ>0 können gibt es IMMER ein beliebig großes R>0, so dass |∂f(x)∂x|>ϵ>0 für ein x∈R gilt mit |x|>R. Aufgrund der Stetigkeit gilt dies auch in einer Umgebung Bδ(x). Sei nun obdA C=∂f(x)∂x>0. Da f Lipschitz-stetig mit Lipschitzkonstante L ist, und damit nicht beliebig schnell fallen kann, gilt dass
C−ϵL<δ.
Beweis das oder mal ein Bild, das sollte aufgrund von "maximaler" Steigung denke ich gut ersichtlich sein. Somit gilt für das Maß der Menge, wo |∂f(x)∂x|>ϵ, dass dieses also mindestens 2C−ϵL beträgt. Inbesonder gilt für den entsprechenden Wert von f
f(x+δ)−f(x−δ)=∫x+δx−δ∂f(y)∂ydy≥ϵ2δ.
Da aber auch limx→∞f(x)=0 gilt, muss inbesonder für ein gegebenes α>0 ein R′>0 existieren, so dass |f(x)|<α für alle |x|>R′ gilt. Also inbesondere muss dann
f(x+δ)−f(x−δ)≤2α.
Damit gilt aber auch dass
2ϵδ≤2α,
was einen Widerspruch für α klein genug erzeugt.
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