定义:if ∃A,对 ∀ɛ>0,∃0<∣x-a∣<δ,使得 ∣f(x)-A∣<ɛ 成立,则称A为函数
f(x)在 x=a 处的极限,记作 lim₍x→a₎ f(x) = A。
函数在x=a处,极限存在的充要条件是:左右极限存在且相等,
即 f(a-0)=f(a+0)。
唯一性
保号性:若函数f(x)在 x=a 处的极限存在,当0<∣x-a∣<δ,函数在该去心邻域内的正负与极限的正负保持一致。
有界性:if lim₍x→∞₎ an = A,则∃M>0,使得∣an∣≤M,M称之为数列{an}的界。(在级数部分会用到)
解题思路:找到两个极限相等的数列或函数将所要求的对象夹住。
解题思路:先证明单调性,再找上界或下界。
考点:计算极限时带入常见的等价无穷小简化计算。
f(x)在 (a,b) 上处处连续;
f(a+0)=f(a),f(b-0)=f(a);
lim₍x→a₎ f(x) = f(a) 或 f(a-0)=f(a+0)=f(a);
函数f(x)∈ c【a,b】的性质(函数在区间内恒连续)
性质1:∃最大值 M 和最小值 m (最值);
性质2:∃M₀>0,使得∣f(x)∣≤M₀(有界);
性质3: ∀η ∈【m,M】,∃ξ∈【a,b】,使得f(ξ)=η(介值定理);
性质4:若 f(a)*f(b)<0,则∃c∈(a,b),使得f(c)=0(零点定理)。
四则运算:两连续函数进行四则运算后的函数仍然连续
复合函数:设y=f(μ),μ=φ(x),且φ(x)≠a
若lim₍μ→a₎ f(μ)=A,lim₍x→x₀₎ φ(x)=a;则 lim₍x→x₀₎ f[φ(x)]=A。
若im₍μ→a₎ f(μ)=f(a),lim₍x→x₀₎ φ(x)=a;则 lim₍x→x₀₎ f[φ(x)]=f(a)。
定义:若lim₍x→a₎ f(x) ≠ f(a),则称 x=a 为f(x)的间断点
可去间断点:f(a+0)=f(a-0)≠f(a)
跳跃间断点::f(a+0)≠f(a-0)
第二类间断点:左右极限至少有一个不存在
定义:函数y=f(x)在点x₀处的某领域内有定义,若①lim₍x→x₀₎ [f(x)-f(x₀)/x-x₀]∃,则称函数f(x)在 x=x₀ 处可导,记为f'(x)。(②f'(x)=lim₍∆x→0₎) ∆y/∆x=lim₍∆x→0₎) ∆y/∆x=lim₍∆x→0₎) [f(x₀+∆x)-f(x₀)/∆x]。
函数在f(x)在x=a处可导的充要条件是左右导数存在且相等
可导一定连续,连续不一定可导
求导后会改变函数的奇偶性
基本公式
四则运算法则
复合函数链式求导法则
反函数求导法则
利用定义研究导数
显函数求导
隐函数求导
参数方程确定的函数求导
先讨论关键点是否连续,确定连续后再判断函数各个部分是否可导。
一般使用数学归纳法解决。
定义:设y=f(x) (x∈D),x₀∈D。若∆y=A∆x+৹(∆x),则称f(x)在x=x₀处可微。
可微一定可导,可导一定可微(充要条件)
若∆y=A∆x+৹(∆x),则A=f'(x₀),即dy∣₍x=x₀₎=f'(x₀)dx
dy=df(x)=f'(x)dx
罗尔中值定理(Rolle)
拉格朗日中值定理(Lagrange)
柯西中值定理(Cauchy)
记住常规的x=0处时的麦克劳林公式
洛必达法则
判定定理:设函数f(x)∈c【a,b】,且在(a,b)上可导
若f'(x)<0,则递减。
若f'(x)>0,则递增。
驻点:函数一阶导数为0的点(单调性可能发生改变)
凹函数:f(x1+x2/2)<[f(x1)+f(x2)]/2
凸函数:f(x1+x2/2)>[f(x1)+f(x2)]/2
判定定理:设函数f(x)∈c【a,b】,且在(a,b)上二阶可导
若f''(x)<0,x∈(a,b),则f(x)在【a,b】上是凸函数。
若f''(x)>0,x∈(a,b),则f(x)在【a,b】上是凹函数。
拐点:函数二阶导数为0的点或二阶导数不存在的点(凹凸性一定发生改变)
考点:求极限
若f(x)在x=a处取极值,则f'(a)=0或f'(a)不存在。
若f(x)在x=a处取极值,且在x=a处可导,则f'(a)=0。
极小值:∃δ>0,当0<∣x-a∣<δ,若f(x)>f(a), 则称x=a为极小点,f(a)为极小值
极大值:∃δ>0,当0<∣x-a∣<δ,若 f(x)
①判断点(f'(x₀)=0,此处默认f'(x₀)是存在的)左右的单调性(单调性质)
②设f'(x₀)=0,利用凹凸性确定该点的二阶导数的正负,通过极限保号性得出一阶导数的正负,从而转为①中的情况(凹凸性质)
最值
水平渐近线:设曲线L:y=f(x),若lim₍x→∞₎ f(x) = A,则称此 y=A 为曲线L的水平渐近线。
铅直渐近线:设曲线L:y=f(x),若lim₍x→a₎ f(x) = ∞,则称此 x=a 为曲线L的铅直渐近线。
斜渐近线:设曲线L:y=f(x),若lim₍x→∞₎ f(x)/x = a,lim₍x→∞₎ [f(x)-ax] = b,则称此 y=ax+b 为曲线L的斜渐近线。
定义:设F(x)为f(x)的一个原函数,易知 F(x)+C(C为常数) 为f(x)所有的原函数。称F(x)+C为函数f(x)的不定积分,记作∫ f(x) dx,即∫ f(x) dx = F(x)+C。
熟记公式
第一类换元积分法
Case 1:无理数有理化
Case2:平法和差
分部积分法:∫ μ dν = μν - ∫ ν dμ
Case1:被积函数为幂函数与指数函数(后)之积
Case2:被积函数为幂函数与三角函数(后)之积
Case3:被积函数为幂函数(后)与对数函数之积
Case4:被积函数为幂函数(后)与反三角函数之积
Case5:被积函数为指数函数与 sin bx(或 cos bx)之积(都可以去后面,令原式为I,做分部积分直到等式右边出现I,再移项即可)
Case6:被积函数为 sec x(或 csc x)的奇次方(都可以去后面,令原式为I,作分部积分直到等式右边出现I,再移项即可)
定义(含推导背景——求曲边梯形的面积):
1、分割区域;
2、表示单个微元的面积 ∆Si = f(ξi)∆xi,进而表示整个区域的面积S(此处为≈);
3、取 λ = max{∆x1,∆x2,∆x3,...,∆xn},则 S = lim₍λ→0₎ ∑ f(ξi)∆xi。
①L:y=f(x)≥0,x∈【a,b】,则面积 A = ∫₍a,b₎ f(x) dx;
②lim₍λ→0₎ ∑ f(ξi)∆xi 与 【a,b】的分法以及ξi的取法无关;
③f(x)在【a,b】上有界(必要条件)不一定可积;
④若f(x)∈c【a,b】,则可积;
⑤若f(x)在【a,b】上只有有限个第一类间断点,则可积。
①加减性质
②公共常数可提取
③∫₍a,b₎ 1 dx = b-a
④若f(x)、∣f(x)∣在【a,b】上可积,则∣∫₍a,b₎ f(x) dx∣ = ∫₍a,b₎ ∣f(x)∣ dx
⑤积分的介值定理:m(b-a)≤∫₍a,b₎ f(x) dx≤M(b-a)
⑥积分中值定理
①d/dx ∫₍a,x₎ f(x) dx= Φ'(x) = f(x)(Φ(x)为积分上限函数)
②牛顿——莱布尼兹公式(∫₍a,b₎ f(x) dx = F(b)-F(a))
③积分中值定理的推广
定积分的换元积分法和分部积分法
奇偶性质
平移性质
点火公式(区间范围为0到π/2)
Case1:[a,+∞)
Case2:(-∞,a]
Case3:(-∞,+∞)
定义法(即用上三种情况计算)
判别法
处理无穷处反常积分的方法:先取无穷内的正常点,在对此正常求得的积分值求极限(反常化正常),此极限值即为此反常积分的收敛对象(若极限趋于无穷,则该反常积分发散)
无界函数的反常积分(瑕积分,含间断点,该间断点称为瑕点)(函数有问题)
Case1:(a,b](左边界为瑕点)
Case2:[a,b)(右边界为瑕点)
Case3:[a,c)∪(c,b](区间内的点为瑕点)
(其收敛的充要条件为两部分积分均收敛)
定义法(算)
判别法
对瑕点进行正常化处理,也是用极限逼近
特性
柯西积分不等式
面积
体积
元素法
定义:含有导数或微分的方程,称为微分方程。
解法
解法
形如
通解公式
形如
通解公式
解法:直接对高阶导数逐步还原即可
解法
解法
形如:*
形如:**
线性相关与线性无关:设φ1(x),φ2(x)为两个函数
若两者不成比例,则称为两者线性无关
若两者成比例,则称两者线性相关
齐 + 齐 = 齐
齐 + 非齐 = 非齐
非齐 + 非齐 = 齐
(拆解性质)对于方程**,若f(x)=f1(x)+f2(x)(即可拆成两部分),则分别构造两个二阶非齐次线性微分方程,且φ1(x),φ2(x)分别为它们的特解,则有原方程特解为:
y=φ1(x)+φ2(x)
(系数和的特点)设φ1(x),φ2(x),...,φn(x),为方程**的解,则通解的组合形式为y=k1φ1(x)+k2φ2(x)+...+knφn(x)
若y为方程*的通解,则k1+k2+...+kn=0(系数和为0)
若y为方程**的通解,则k1+k2+...+kn=1(系数和为1)
(二阶常系数线性微分方程通解形式推导定理)
①若φ1(x),φ2(x)为方程*的两个线性无关的解,则方程*的通解为:
y=C1φ1(x)+C2φ2(x)(C1,C2为任意常数);
②若φ1(x),φ2(x)为方程*的两个线性无关的解,φ0(x)为方程**的特解。
则方程**的特解为:
y=C1φ1(x)+C2φ2(x)+φ0(x)(C1,C2为任意常数);
形如
补充:λ² + pλ + q =0,为它的特征方程,根据其Δ的情况通解分为三种情况
Δ>0,通解形式
Δ=0,通解形式
Δ<0,通解形式
形如
补充:非齐次的通解为齐次部分的通解与非齐次部分特解的组合
特解:k ≠ λ1 ,k ≠ λ2;→ 不添 x
特解;k = λ1 ,k ≠ λ2;→ 添 x
特解:k = λ2 = λ1;→ 添 x²
特解:α+iβ ≠ λ1 ,α+iβ≠ λ2;→ 不添 x
特解:α+iβ = λ1 ,α+iβ≠ λ2;→ 添 x
判定条件
通解形式
解法
引入微分算子简化计算
解法
邻域与去心邻域
二元函数的极限
二元函数的连续性
偏增量与全增量
偏导数
高阶偏导数
可微 → 连续(易)
可微 → 可偏导(易)
一阶偏导连续 → 可微(难)
定理一:设z=f(μ)连续可导,μ=φ(x,y)对x,y可偏导,则复合函数z=f[φ(x,y)]对x,y可偏导;
定理二:设z=f(μ,ν)连续可偏导,μ=φ(t),ν=ψ(t)对t可导,则复合函数z=f[φ(t),ψ(t)]对t可导;
定理三:设z=f(μ,ν)连续可偏导,μ=φ(x,y),ν=ψ(x,y)对x,y可偏导,则z=f[μ=φ(x,y),ν=ψ(x,y)]对x,y可偏导;
补充:隐函数存在定理
定理一:
定理二:
定理三:
补充:克莱姆法则(线代)
定义:给定二元函数z=f(x,y),其中定义域D为开区间,求z=f(x,y)在D上的极值,即无条件极值。
定理一(必要条件):设z=f(x,y)在定义域D内连续可偏导,若(x₀,y₀)为函数极值点,则 fx(x₀,y₀) = 0,fy(x₀,y₀) = 0;
定理二(充分条件):设z=f(x,y)在定义域D内二阶连续可偏导,且(x₀,y₀)为函数驻点;
定义:函数z=f(x,y)在等式条件 φ(x,y) = 0 下的极值,即条件极值
拉格朗日乘数法
参数方程法
多元微分学反问题
二元:z=f(x,y)
三元:μ=f(x,y,z)
梯度
概念
加减拆分
常数提取
面积 A = ∫∫ 1 dxdy
关于x轴
关于y轴
关于 y=x
二重积分的中值定理:设二元函数f(x,y)在平面有界区间闭区域D上连续,且D的面积为 A,则∃(ξ,η),使得:
∫∫(D) f(x,y) dxdy = f(ξ,η)*A
X型区域
Y型区域
极坐标法
定义
性质:与二重积分相同,但要升高一个维度,即面积变体积
铅直投影法:先一后二
切片法:先二后一
球面坐标法
向量的坐标
方向角、方向余弦
加减
k倍
符合交换律
两不为零的向量点乘为0,则两向量垂直
符合交换律
所得的积向量与叉乘的两向量均垂直
若两非零向量叉乘为0向量,则两向量平行
向量a X 向量b 的模等由它们围成的三角形面积的两倍
加减
k倍
数量积:对应项相乘再累加
向量积:做行列式运算(对三阶有简便方法)
一般形式:
Σ:F(x,y,z) = 0
柱面:
Σ:F(x,y) = 0
二维
三维
点法式
截距式
一般式
在某点的切平面
在某点的法向量
一般式
参数式
点向式
参数式
一般式
求某点的切线
求某点的法平面
点点之距
点线之距
点面之距
线面之距(同点面距离)
平行平面之距
判断是否异面
方法
定义背景:求密度不均匀的曲线质量∫L ρ(x,y) ds,称为函数f(x,y)在L上对弧长的曲线积分;
两种形式的弧微分推导
加减
常数可提取
区域可分
∫L 1 ds = l(曲线L的长度)
关于x轴
关于y轴
关于y=x
一般型
参数型
Case1:二维空间路径与作用力均理想
Case2:二维空间路径与作用力均不理想
Case3:三维空间路径与作用力均不理想
加减
常数可提取
线段区域可分
∫L- = -∫L;
关于x轴
关于y轴
关于y=x
一般式
参数式
单连通区域
多连通区域
定理:
若①D为xOy面内的连通区域,L为边界;
②P(x,y),Q(x,y)在区域内连续可偏导;
则有:
解题思路:若为连通区域则直接使用公式即可;若非连通区域则需要补为连通区域(注意补上线的方向正负问题)。另外在所给的区域D内可能会存在某个点不能使P,Q连续可偏导(或在该点无定义),此时可在D内再取一个区域D1,将该点包住,此时区域D被分为两部分(D1与D2),再进行相应的转化即可。
子主题4
∫L P dx + Q dy 与路径无关
任取闭曲线C⊂D,有∫C P dx + Q dy = 0
柯西黎曼条件成立
∃μ(x,y),使 P dx + Q dy= dμ(即存在一个全微分方程)
定义
加减
常数可提取
区域可分
∫∫∑ 1ds = A(面积)
关于x轴
关于y轴
关于y=x
二重积分法
定义
加减
常数可提取
区间可分
∫∫∑- = -∫∫∑
关于x轴
关于y轴
关于y=x
二重积分法
高斯公式
定理(含证明):设空间区域Ω由分片光滑的双侧封闭曲面S围成,取S外表面。若函数P,Q,R在Ω上连续,具有一阶连续偏导数,则有:
定理:设光滑曲面S的边界L是一段光滑的连续曲线。若函数P,Q,R在S上连续,且具有一阶连续偏导数,则有:
右手法则:定方向
场论初步:设向量A={P(x,y,z),Q(x,y,z),R(x,y,z)}
散度
旋度
流量
环流量
定义
两收敛的级数(设分别收敛于A,B)加减后的结果收敛性不变,且收敛于A(+-)B
常数可提取
级数增加、减少有限项不改变其收敛性,但所收敛的值可能会改变
(加括号提升收敛性)若一个级数收敛,则任意添加括号后的级数也收敛;反之,若一个级数添加括号后收敛,不一定原级收敛
(级数收敛的必要条件)若级数收敛,则其一般项在n趋于无穷时的极限为零
P级数
几何级数:即无限等比数列之和
可联想到数列极限的有界性
基本形式
极限形式
比值法
根值法
定义
绝对收敛→收敛
定义
阿贝尔定理
收敛半径的计算
和函数概念
和函数(若和函数在开区间连续)在开区间端点的连续性
和函数的逐项可导性
和函数的逐项可积性
记忆:麦克劳林级数(7个)
特别地,有
思路:依照题目要求的形式,向公式形式靠
求法:往两种分数型公式靠
求法:往两种ln型公式靠
形式:f(x)以2π为周期
狄利克莱充分条件:
f(x)连续或存在有限个间断点;
f(x)存在有限个极值点;
则:
f(x)可以进行傅里叶展开(即式*);
当x为第一类间断点时,式* = 1/2[f(x-0)+f(x+0)]。
计算公式
将定义于 [-π,π] 非周期函数展开成傅里叶级数
思路:进行周期延拓(将非周期函数转为周期函数),再计算
思路:进行区间延拓(将区间变为[-π,π]),再进行周期延拓
计算公式
也有以上两种类型,计算思路相同
考点:间断点的分类
考点:求极限
考点:结合增减性、凹凸性,求函数在某一区间内的极值
考点:判断反常积分敛散性、求收敛于某个值
考点:判断函数在区间内的连续性
考点:利用导数定义求解相关问题、求导
考点:证明题
考点:证明题
考点:求极值、最值
考点:找函数的渐近线
考点:求积分
考点:证明题