高数知识框架学习复习笔记
2022-10-31 13:59:52 0 举报
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高数知识框架学习复习笔记
作者其他创作
大纲/内容
极限与连续
数列极限
定义
ε-N
性质
唯一性lt;brgt;
有界性
保号性
函数极限
定义
ε-δ
U(a, δ)
ε-X
性质
唯一性
局部有界性
保号性
无穷小与无穷大
无穷小
定义
函数
极限为0
性质
0±0=0
K×0=0(k为常数)
f(x)=A(x→x0) ⇔ f(x)=A+α
α→0,|β|lt;M,则αβ→0
无穷大
定义
性质
1/∞=0
极限的运算法则
四则运算
求导法则
分支主题
复合函数求导法则
极限存在准则及两个重要极限
极限存在准则
迫敛定理(夹逼定理)
单调有界数列必有极限
两个重要极限
lt;brgt;
无穷小的比较
比较
高阶无穷小
同阶无穷小
等价无穷小
性质
常见等价无穷小(三类)lt;brgt;
函数的连续性与间断点
连续
f(x)在某点连续
左连续
右连续
f(x)在某闭区间连续[a, b]
∀c∈(a,b),∃f(c-0)=f(c)=f(c+0)
f(a)=f(a+0), f(b)=f(b-0)
间断点及其分类
定义
分支主题
分类
第一类间断点lt;brgt;f(a+0),f(a-0)都存在lt;brgt;
可去间断点lt;brgt;f(a+0)=f(a-0)≠f(a)lt;brgt;
跳跃间断点lt;brgt;f(a+0)≠f(a-0)lt;brgt;
第二类间断点lt;brgt;f(a+0), f(a-0)至少有一个不存在(=∞)lt;brgt;
连续函数运算及初等函数连续性
连续函数运算
四则运算
f(x), g(x)在x=x0连续,其四则运算结果均保持连续性
复合运算
分支主题
初等函数连续性
结论
初等函数在其定义域内是连续的
闭区间连续函数性质
最值定理
有界定理
零点定理
介值定理
导数与微分
导数
定义
等价定义
可导lt;font face=quot;楷体quot;gt;=gt;lt;/fontgt;连续
可导 lt;font face=quot;楷体quot;gt;lt;=gt;lt;/fontgt;左导数=右导数
求导公式
lt;brgt;
分支主题
分支主题
分支主题
分支主题
分支主题
求导法则
四则法则
分支主题
反函数求导法则
分支主题
复合函数求导法则
分支主题
高阶导数
定义
二阶导数
n阶
求解方法
归纳法
分支主题
分支主题
公式法
“此消彼长”
隐函数及由参数方程确定的函数求导
隐函数
方法:求dy/dx,将y看成关于x的函数即可,即y=φ(x)
参数方程确定的函数求导
方法:利用中间变量转化即可
注意认清谁对谁求导
微分
定义
其中A=fapos;( x。)
其中f(x)可导,不限制在x。处
工具
公式(基本初等函数微分公式)
四则
复合
lt;bgt;一阶微分形式不变性lt;/bgt;
近似计算
前提:x=x。处可微
分支主题
微分中值定理与导数应用
lt;bgt;微分中值定理lt;/bgt;
罗尔(Rolle)中值定理(R)
① f(x)∈C[a,b]lt;brgt;② f(x)在(a,b)可导lt;brgt;③ f(a)=f(b)
∃ξ∈(a,b)使,fapos;(ξ)=0
分支主题
分支主题
拉格朗日(Lagrange)中值定理(L)
① f(x)∈C[a,b]lt;brgt;② f(x)在(a,b)可导lt;brgt;
∃ξ∈(a,b)使,fapos;(ξ)=[f(b)-f(a)]/(b-a)
f(b)-f(a)=f(ξ)(b-a)
分支主题
分支主题
柯西(Cauchy)中值定理(C)
① f(x), g(x)∈C[a,b]lt;brgt;② f(x), g(x)在(a,b)可导lt;brgt;③ gapos;(x)≠0
∃ξ∈(a,b)使 [f(b)-f(a) ] / [ g(b)-g(a) ] = [ fapos;(ξ)/gapos;(ξ) ]
分支主题
分支主题
洛必达法则
lt;bgt;0/0 或 ∞/∞型极限求解lt;/bgt;
0/0
① f(x), F(x)在x=a去心领域可导,Fapos;(x)≠0lt;brgt;② f(x)=0(x-gt;a), F(x)=0(x-gt;a)lt;brgt;③ fapos;(x) / Fapos;(x) = A(x-gt;a)
分支主题
若fapos;(x) / Fapos;(x) = A(x-gt;a)不存在,lt;brgt;只能说明洛必达法则用不了,不能说lt;brgt;明极限不存在
∞/∞
① f(x), F(x)在x=a去心领域可导,Fapos;(x)≠0lt;brgt;② f(x)=∞(x-gt;a), F(x)=∞(x-gt;a)lt;brgt;③ fapos;(x) / Fapos;(x) = A(x-gt;a)
分支主题
泰勒(Taylor)公式
定义
设f(x)在x=x。的邻域内lt;b style=quot;color: rgb(196, 18, 48);quot;gt;n+1阶可导,lt;/bgt;lt;font color=quot;#000000quot;gt;则lt;bgt;f(x)=Pn(x)+Rn(x)lt;/bgt;lt;/fontgt;
分支主题
分支主题
拉格朗日型余项
分支主题
皮亚诺型余项
分支主题
麦克劳林公式
分支主题
公式(xlt;font face=quot;宋体quot;gt;lt;bgt;-lt;/bgt;lt;/fontgt;gt;0时做替换)
分支主题
函数单调性与曲线凹凸性
单调性
凹凸性
f(x)∈C [a,b],(a,b)可导
fapos;apos;(x)gt;0(alt;xlt;b),f(x)在[a,b]上是凹的
fapos;apos;(x)lt;0(alt;xlt;b),f(x)在[a,b]上是凸的
极值和最值
函数极大值与极小值
x=a为f(x)极值点 =gt; fapos;(a)=0lt;bgt;或不存在lt;/bgt;
x=a为f(x)极值点且f(a)可导 =gt; fapos;(a)=0
极值求解步骤
找出x∈D
fapos;(x)=0/不存在lt;bgt;lt;font face=quot;黑体quot;gt;=gt;lt;/fontgt;lt;/bgt; x=?
判别法
方法一(第一充分条件)
xgt;a时fapos;(x)gt;0lt;brgt;xlt;a时fapos;(x)lt;0
x=a为极小点
xgt;a时fapos;(x)lt;0lt;brgt;xlt;a时fapos;(x)gt;0
x=a为极大点
方法二(第二充分条件)
fapos;apos;(a)gt;0
x=a为极小点
fapos;apos;(x)lt;0
x=a为极大点
函数最大值与最小值
函数图像描绘
渐近线
水平
铅直
斜
弧微分与曲率
弧微分
y=f(x)
分支主题
参数方程
分支主题
曲率与曲率半径
...
不定积分
定义
原函数
设f(x),F(x)(x∈I),对任意的x∈I,有lt;bgt;Fapos;(x)=f(x)lt;/bgt;,则F(x)为f(x)lt;bgt;原函数lt;/bgt;
一个函数有原函数,则一定有无数个原函数
一个函数任意两个原函数之间相差常数
不定积分
设F(x)为f(x)的一个原函数,F(x)+C为f(x)一切原函数,lt;brgt;则F(x)+C为f(x)的lt;bgt;不定积分lt;/bgt;,记lt;bgt;∫f(x)dxlt;/bgt;
∫f(x)dx=F(x)+C
工具
不定积分基本公式
分支主题
不定积分的性质
分支主题
分支主题
积分方法
第一类换元积分法
分支主题
公式
分支主题
第二类换元积分法
分支主题
使用场景
出现lt;bgt;√ ̄,第一类换元无法解决lt;/bgt;
平方和差的形式,第一类换元无法解决
分支主题
分支主题
分支主题
分部积分法
分支主题
使用场景
分支主题
有理函数不定积分
真分式与假分式
步骤——∫R(x)dx
R(x)为假分式=gt;R(x)=多项式+真分式
R(x)为真分式=gt;分子不变,分母因式分解=gt;拆成部分和
特殊类型
定积分及其应用
定积分
定义
lt;brgt;f(x)在[a,b]有界lt;brgt;
f(x)在[a,b]有界不一定可积
f(x)∈C[a,b],则可积lt;brgt;f(x)在[a.b]有有限个第一类间断点,则可积
性质
和的微积分等于微积分的和
常数k可以提出来
积分区间可分段计算
保号性
积分中值定理
分支主题
积分基本公式lt;brgt;
变限积分的函数
分支主题
分支主题
牛顿-莱布尼茨公式
分支主题
lt;bgt;积分中值定理推广lt;/bgt;
不考虑ζ=a,b的情况
换元积分与分部积分
换元积分
lt;bgt;注意积分上下限也随之变化lt;/bgt;
分部积分lt;brgt;
分支主题
分支主题
反常积分(广义积分)
正常积分?
①积分区间有限lt;brgt;②f(x)在积分区间内连续或有有限个第一类间断点
两类反常积分
积分区间无限
[a,+∞)
收敛
lt;brgt;
发散
分支主题
(-∞,a]
收敛
发散
(-∞,+∞)
取区间一点分段计算
Γ-函数
形式
分支主题
性质
Γ(α+1) =αΓ(α)
Γ(n+1)=n!
Γ(½) =√π
无界函数反常积分
a为瑕点
收敛
分支主题
发散
b为瑕点
收敛
发散
瑕点在ab之间
收敛
发散
应用
元素法思想
几何应用
面积
体积
旋转体
截口面积已知的几何体
弧长
物理应用
功
力
微分方程
一些基本概念
lt;bgt;微分方程lt;/bgt;
含有导数或者微分的方程。lt;brgt;若微分方程中只含有一个自变量,一个函数关系称为lt;bgt;常微分方程lt;/bgt;
微分方程的阶
设y为x的函数,则x,y的微分方程中,导数或微分的最高阶称为微分方程的阶
微分方程的解
y关于x的微分方程F(...yapos;apos;, yapos;, y, x) = 0,若函数y=φ(x)满足F,则称y=φ(x)为微分方程的解
通解
解中含有n个相互独立的任意常数
特解
解中不含常数
一阶微分方程
可分离变量的微分方程
定义
分支主题
解法
分支主题
齐次微分方程
定义
分支主题
解法
分支主题
一阶线性微分方程
一阶齐次线性微分方程
形式
分支主题
通解
分支主题
一阶非齐线性微分方程
形式
分支主题
通解(常数变易法)lt;brgt;
分支主题
可降阶的高阶微分方程
分支主题
降阶还原为一阶即可
f(x, yapos;, yapos;apos;) = 0
分支主题
f(y, yapos;, yapos;apos;) = 0
分支主题
高阶线性微分方程
基本概念
lt;bgt;n阶齐次lt;/bgt;线性微分方程lt;brgt;lt;bgt;n阶非齐lt;/bgt;线性微分方程
lt;bgt;线性有关lt;/bgt;:若φ(x)与g(x)之比为常数,则~lt;brgt;lt;bgt;线性无关lt;/bgt;:~
结构
yapos;apos;+a(x)yapos;+b(x)y=0 (1)lt;brgt;yapos;apos;+a(x)yapos;+b(x)y=c(x) (2)lt;brgt;
分支主题
常系数lt;bgt;齐次lt;/bgt;线性微分方程
二阶
形式
yapos;apos;+pyapos;+qy=0
通解
特征方程lt;font color=quot;#c41230quot;gt;λ²+pλ+q=0lt;/fontgt;
△gt;0
分支主题
△=0
分支主题
△lt;0
lt;brgt;
高阶
常系数非齐线性方程
形式
yapos;apos;+pyapos;+qy=f(x)
通解
对于一个非齐线性方程,其lt;font color=quot;#c41230quot; style=quot;font-weight: bold;quot;gt;通解=齐的通解+本身的一个特解lt;/fontgt;lt;brgt;lt;font color=quot;#000000quot; style=quot;quot;gt;所以关键是lt;/fontgt;lt;font color=quot;#c41230quot; style=quot;font-weight: bold;quot;gt;lt;ugt;找出本身的一个特解lt;/ugt;lt;/fontgt;lt;brgt;
分支主题
分支主题
P1,P2为多项式
分支主题
向量代数与空间解析几何
向量及线性运算
定义
向量
向量相等
向量的模,向量夹角
向量的线性运算
加法
平行四边形法则
三角形法则
减法
从被减向量指向减向量
与常数相乘
空间直角坐标系
xyz轴必须逆时针
向量线性运算的代数表示
向量的模,方向角与方向余弦,投影
模
方向角,方向余弦
单位向量
与a方向相同,长度为1的向量,记lt;bgt;lt;font face=quot;宋体quot;gt;ālt;/fontgt;°lt;/bgt;
方向角
向量与xyz轴正方向夹角,记α, β, γ
方向余弦
cosα,cosβ,cosγ
投影
表示AB在u轴上的投影
向量数量积与向量积
数量积(向量参与运算,结果为数)
定义
性质
交换律
数量积(点乘)为0,向量垂直
代数描述
分支主题
向量积(向量参与运算,结果还是向量)
定义
几何
方向:右手准则
大小:
代数
分支主题
三角形面积
分支主题
向量应用(一)——平面及方程
空间曲面
S: F(x, y ,z)=0
特殊情形——平面
点法式:A( x - x。)+B( y - y。)+C( z - z。)
截距式:
一般式:Ax+By+Cz+D=0
平面夹角(不超过90°)
分支主题
向量应用(二)——空间直线
直线方程
点向式(对称式):
参数式:
一般式:lt;bgt;两平面公共线lt;/bgt;
L方向向量s:lt;bgt;两平面法向量向量积lt;/bgt;(两法向量均与s垂直)
其他
夹角
两向量
两平面
两直线
直线与平面
距离
两点之距
点到平面之距
分支主题
平面束
定义:经过直线L的所有平面称L的平面束
平面束方程
空间曲面及方程
柱面
定义:F(x , y)=0为某曲线平行于z轴的柱面
投影曲线:柱面在xoy内的投影
旋转曲面
曲线L
绕x轴旋转
绕y轴旋转
空间曲线及方程
空间曲线形成
一般形式
分支主题
参数式
分支主题
曲线特殊形式——直线
投影曲线
多元微分学及应用
理论
多元函数基本概念
平面点集
去心邻域
分支主题
领域
开集
连通
区域
多元函数概念
z=f(x, y)
多元函数极限
分支主题
连续性与性质
连续性
性质
最值定理
有界定理
介值定理
偏导数
定义
偏增量
f(x, y)在(x。, y。)处关于x的lt;bgt;偏增量lt;/bgt;
全增量
偏导数
计算时将另一个变量lt;bgt;看做常数lt;/bgt;即可
高阶偏导数
二阶偏导数
若lt;bgt;fapos;(x)对x可偏导lt;/bgt;
二阶混合偏导数
若lt;bgt;fapos;(x)对y可偏导lt;/bgt;
若两个二阶混合偏导数皆连续,则两者相等
全微分
二元函数全微分定义
dz=Adx+Bdylt;brgt;A=fapos;xlt;brgt;B=fapos;y
结论
连续可偏导:z=f(x,y)的偏导数皆连续
多元复合函数求导法则
z=f(u,v)lt;brgt;u=φ(t), v=ψ(t)
z=f(u, v)
z=f(u,v)lt;brgt;u=u(x, y), v=v(x, y)
分支主题
隐函数求导
一个约束条件
一个一元函数
定义
做法
分支主题
一个二元函数
定义
做法
分支主题
两个约束条件
定义
做法
分支主题
应用
几何
空间曲线lt;brgt;lt;bgt;切线lt;/bgt; 法平面
参数式
分支主题
一般式
分支主题
空间曲面lt;brgt;切平面 法线
分支主题
方向导数与梯度
方向导数
定义
二元
z=f(x,y)在M。处沿射线L的方向导数
三元
u=f(x, y, z)
计算方法
二元
分支主题
三元
分支主题
梯度
定义
分支主题
性质
梯度的方向是函数增长速度最快的方向
梯度的方向是方向导数取得最大值的方向
代数——多元函数极值
定义
(参考函数极值定义)
计算
无条件极值
z=f(x,y),D为lt;bgt;开区域lt;/bgt;,则f(x)在D内极值称为~
条件极值
z=f(x, y)在lt;bgt;约束条件φ(x, y)=0lt;/bgt;下的极值,称为~
分支主题
重积分
二重积分定义与性质
定义
性质
和的积分=积分的和,系数可提取
区间可分段计算
1的重积分等于积分区域面积
函数大,重积分大
积分中值定理
二重积分计算
直角坐标法
x型区域
y型区域
极坐标法
特征
1.区域边界含x²+y²lt;brgt;2.f(x,y)含x²+y²
方法
分支主题
三重积分
定义
性质
计算方法
直角坐标法
铅直投影法
分支主题
切片法
分支主题
柱面坐标法
1.区域D含x²+y²lt;brgt;2.f(x,y)含x²+y²
方法
球面坐标法
1.区域D含x²+y²+²lt;brgt;2.f(x,y,z)含x²+y²+z²
方法
重积分应用
⑩ 曲线与曲面积分
曲线积分
对弧长的曲线积分
定义
lt;brgt;
性质
和的积分=积分的和,常数可提取
区间可分段计算
1的积分等于弧长L
函数大,积分大
计算方法
L为直角坐标形式
分支主题
L为参数式形式
分支主题
对坐标的曲线积分
定义
2-dim
∫L...表示P(x,y)在有lt;bgt;向曲线段Llt;/bgt;上对坐标x的曲线积分
3-dim
分支主题
性质
.......
分支主题
计算
直角坐标
分支主题
参数方程
分支主题
格林公式
①D为连通区域(单/多),L为D的正向边界lt;brgt;②P,Q在D上lt;bgt;连续可偏导lt;/bgt;
注意点(关于两个前提条件)
格林公式为闭区域,若不是……
若在D内不连续,则选择挖去包含间断点在内的小区域Dapos;,再进行计算
曲面积分
对面积的曲面积分
定义
计算方法(二重积分法)
分支主题
对坐标的曲面积分
P在lt;bgt;有侧曲面Σlt;/bgt;上对坐标y,z的曲面积分
计算方法——二重积分法
分支主题
高斯公式
Ω是几何区域,Σ为Ω的lt;bgt;外表面lt;/bgt;lt;brgt;P,Q,R在Ω上连续可偏导
三维空间对坐标的曲面积分
基本计算方法——定积分法
分支主题
斯托克斯公式
分支主题
说明
dydz=cosαds,dzdx=cosβds,dxdy=cosγds
Σ的界与Γ的方向按右手法则确定
场论的几个概念
散度
旋度
流量
环流量
积分的核心问题:关于域与界的关系
分支主题
⑪ 级数
常数项级数
定义
分支主题
几何级数
分支主题
p-级数
分支主题
调和级数
p-级数中p=1时
分支主题
性质
和的级数=级数的和,常数可提取
级数中增加,删除,修改有限次,级数lt;bgt;敛散性不变lt;/bgt;,但lt;bgt;结果不一样lt;/bgt;
添加括号,级数收敛性不降低(发散变收敛,收敛变更收敛...)
若[常数级数]收敛,则an=0(n-gt;∞),反之则不成立
审敛法
正向级数
比较法
分支主题
比较法极限形式
分支主题
比值法lt;brgt;
分支主题
根值法
分支主题
交错级数
定义:交错级数是正项和负项交替出现的级数
审敛法——lt;bgt;莱布尼茨审敛法lt;/bgt;
分支主题
绝对收敛与条件收敛
分支主题
幂级数
函数项级数lt;brgt;
函数项级数
收敛点
收敛域
和函数lt;brgt;
分支主题
定义
分支主题
基本定理(Abel)
分支主题
傅里叶级数
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