高等数学笔记

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gs1:

ch0:

均匀变化: s=v*(b-a)

非均匀变化:

1) 分 2)均 3)合 4)精

微积分研究的主要对象:

函数y=f(x) (a<=x<=b)的变化规律

微观(变化率)           宏观(改变量)

微积分研究的思想方法:

利用已知求未知

均匀变化 非均匀变化

局部均匀化求近似,利用极限得精确

导数与积分的本质:

导数和积分分别处理均匀量的商和积在处理非均匀量中的发展

ch1:函数 极限 连续

sec1:函数

函数概念: 每个x有唯一确定的y按照一定法则一一对应

(1)符号函数y=sgn x

(2)取整函数,记为[x]:不超过x的最大整数

(3)复合函数:y=f(u),u=g(x).内层函数u的值域和外层函数f的定义域交集不为空集

(4)反函数:任意y属于R,有唯一确定的x属于D,使得y=f(x),则记为x=f^(-1) (y),称其为y=f(x)的反函数 y=x^2没有反函数。严格单调函数一定有反函数,反之则不然。函数有反函数的充要条件:一一映射

有时,将 y=f(x)的反函数x=f-1(y)写成y=f-1(x)

在同一直角坐标系中,y=f(x) ,和x=f-1(y)的图形重合,和y=f-1(x)的图形关于直线y=x对称。

f-1[f(x)]=x

(5)初等函数:

基本初等函数:幂指对三反

初等函数:由常数和基本初等函数加减乘除复合组成的函数

函数性质:

(1)单调性

(2)奇偶性:

奇函数:sinx,tanx,arcsinx,arctanx,x,ln[(1-x)/(1+x)],ln(x+(1+x^2)^(1/2),(e^x-1)/(e^x+1),f(x)-f(-x)

偶函数:x^2,cosx,f(x)+f(-x)

奇函数图形关于原点对称且f(0)=0;偶函数关于y轴对称。

(3)周期性:

f(x+T)=f(x).

f(ax+b) 以T/|a|为周期

(4)有界性:

存在M>0,使得任意x属于X,恒有|f(x)|<=M,则称f(x)在X上为有界函数

sec2:极限

题型一:极限的概念性质及存在准则(选择证明)

题型二:求极限(计算填空)

题型三:无穷小量阶的比较

(一)极限的概念

1.数列的极限

4个考点

n->∞,xn->a;

N是分割前面N个有限项和N后面无限个项,并使N后面无限个项落在xn的邻域内

数列{xn}的极限与前有限项无关

n,k->∞,limxn=a <=> limx2k-1=limx2k=a(奇数列等于偶数列的极限等于a<=>数列极限等于a)

2.函数的极限

(1)自变量趋于无穷大时函数的极限

经典错误:x->oo,(x^2+1)^(1/2)/x的极限不存在,而不是等于1.(video2)

x->oo <=> |x|->+oo.

f()的函数极限存在=》数列极限存在

(2)自变量趋于有限值时函数的极限

【注】1)任意性,x-》x0,但x!=x0。

x->x0,f(x)->A.


lim(x->x0) f(x)





f(x0)


无关

所以极限 x->x0,但x!=x0.

经典错误:

x->0,sin(x*sin(1/x))/x*sin(1/x)!=1,


极限不存在

.

原因:因为有数列x(n) = 1/(nπ),n = 1, 2, …;x(n) → 0 (n→∞),使得函数f(x) = sin[x*sin(1/x)]/[x*sin(1/x)]在 x(n) 没定义,即极限lim(n→∞)f[x(n)]不存在,因此极限   lim(x→0)f(x)不存在.

(3)左、右极限

左右极限存在且相等才能推出函数极限存在

分左、右极限求极限的问题有三种:

(1)分段函数在分界点处的极限

(2)e^oo型极限

(3)arctanoo型极限(如x->0,arctan1/x;)

(二)极限性质

1.有界性:

(1)(数列)如果数列{xn}收敛,那么数列{xn}一定有界。

有界不能推收敛:经典反例an=(-1)^n.

(2)(函数)如果lim(x->x0)f(x)存在,则f(x)在x0某去心邻域有界(即局部有界)。


f(x)


局部有界不能推


lim(x->x0)f(x)


存在:经典范例


lim[x->x0]sin(1/x)


振荡。


x->0


时,它去心邻域的函数值在


[-1,1]


,但是它不存在。

2.保号性:

(1)数列 :设lim[n->oo]xn=A

(1)如果A>0(或A<0),则存在n>N时,xn>0(或xn<0);

(2) 如果存在N>0,当n>N时,xn>=0(或xn<=0),则A>=0(或A<=0)。


n->+∞




A>0    =>  xn>0;


xn>=0  =>  A>=0;


A>=0


不能推


xn>=0:


经典反例


[





-1





^n]/n->0;


xn>0


不能推


A>0:


经典反例


1/n->0;

(2)函数:设lim[n->oo]f(x)=A


(1)


已知极限大于或小于


0





A>0  =>  f(x)>0;


(2)


已知函数大于等于或小于等于


0





f(x)>=0  =>  A>=0;

排除法:

(1)何时用:出现一般函数

(2)如何用:套具体函数

3.极限值与无穷小之间的关系:

limf(x)=A <=> f(x)=A+a(x) 其中 lima(x)=0

(三)极限存在准则

(1)夹逼准则:(n项和的极限)

(2)单调有界准则:(递推关系xn+1 = f(xn):(1)单调有界准则证极限存在;(2)a=f(a)=>a; )

单调有界数列必有极限:

单调增有上界的数列必有极限;

单调减有下界的数列必有极限;

(四)无穷小量

(1)无穷小量的概念

(2)无穷小的比较:

(1)高阶:

(2)低阶:

(3)同阶:

(4)等价:

(5)无穷小的阶:

(3)无穷小的性质:

(1)有限个无穷小的和仍是无穷小;(√)

——无穷小的和仍是无穷小(×)经典反例n->oo时,n项无穷小的和lim[n->+oo] [1/n^2+2/n^2+……+n/n^2]=1/2 != 0;

(2)有限个无穷小的积仍是无穷小;经典错误:lim[x->0] xsin1/x=(lim[x->0] x)( lim[x->0] sini/x);后面()的极限不存在;乘积的极限拆分时必须保证拆分项的极限存在。

(3)无穷小与有界量的积仍是无穷小;

(五)无穷大量

(1)无穷大量的概念:

(2)常用的一些无穷大量的比较:

当x->+oo时,(lnx)^a<<x^B<<a^x,其中a>0,B>0,a>1

当n->oo时,(lnn)^a<<n^B<<a^n<<n!<<n^n,其中a>0,B>0,a>1;

(3)无穷大量的性质:

无穷大+无穷大不一定等于无穷大:经典反例(n)+(-n)=0

无穷大×有界不一定等于无穷大:经典反例(n×1/n^2=1/n)

无穷小×有界=无穷小

(1)有限个无穷大量的积仍为无穷大量;

(2)无穷大量与有界变量之和仍为无穷大量;

(4)无穷大量与无界变量的关系:

(1)数列{xn}是无穷大量:

N项以后的值都比M大;

(2)数列{xn}是无界变量:

有那么一项xN的值比M大;

最终得出结论:无穷大量 => 无界变量:例子:奇数项为n,偶数项为0:1,0,3,0,5,0,……,2n-1,0,……:是无界变量但不是无穷大量;

(5)无穷大量与无穷小量的关系:

1/无穷大=无穷小(√)

1/无穷小=无穷大(×)

f(x)是无穷小且f(x)!=0,则1/f(x)是无穷大。(√)

sec3:

(一)极限的概念、性质及存在准则

|xn-a|<👂是|xn-a|<=2👂的充要条件;

一个数列有极限,这个数列的任何部分项都有极限:数列有极限<=>数列的奇数项和偶数项的极限存在且相等

(二)求极限——常用的求极限方法(8种)

(1)利用基本极限求极限

(1)常用的基本极限:

lim(x->0) sinx/x=1,lim(x->0) (1+x)^1/x=e,lim(x->oo) (1+1/x)^x=e等;多项式之比,x->oo看幂的最高次,x–>0,看幂的最低次;

(2)1^oo型极限常用结论:

若lima(x)=0,limb(x)=oo,且lima(x)b(x)=A,则lim[1+a(x)]^b(x)=e^A;

lim[n->oo] (n^n)/(n+1)^n=1,(×);

(2)利用等价无穷小代换求极限

(1)代换原则

a)乘除关系可以换

若a~a1,b~b1,则lim a/b=lim a1/b =lim a/b1 =lim a1/b1;

b)加减关系在一定条件下可以换

若a~a1,b~b1,且 lim a1/b1=A !=1,则a-b~a1-b1;(两个减项不等价可以换,先换后验)lim (a-b)/(a1-b1)=lim b[a/b-1]/b1[a1/b1-1]=1;

若a~a1,b~b1,且 lim a1/b1=A !=-1,则a+b~a1+b1;(两个加项之比极限不等于-1可以换,先换后验)

(2)常用的等价无穷小:当x->0时,

(1)x-sinx~x^3/6,        (2)tanx-x~x^3/3,       (3)x-ln(1+x)~x^2/2等;

(1)商存在,分母趋向0,则分子一定趋向0;

@(2)当x->0时,(1+x)^a-1~ax可推广为:若a(x)->0,a(x)b(x)->0,则(1+a(x))^b(x)-1~a(x)b(x);

(3)利用有理运算法则求极限

(1)有理运算法则:

两个极限存在,则这两个极限的和差积商一定存在,为商时分母的极限不为0;

【注】(1)存在+-不存在=不存在;

(2)不存在+-不存在=不一定;n+n=不存在,n+(-n)=存在;

(3)存在×÷不存在=不一定;1×n=不存在,1/n×n=存在;

(4)不存在×÷不存在=不一定;(-1)^n ×(-1)^n=存在;

极限,连续,导数,无穷级数,该结论相同。

常用的结论:(1)极限的非零的因子的极限可先求出来:limf(x)=A != 0 =>limf(x)g(x)=Alimg(x);

经典反例:lim[x->0] ( e^(x^2)*cosx-1 )/x^2=lim[x->0] ( e^(x^2)-1 )/x^2=1是错的!

(2)lim f(x)/g(x)存在,lim g(x)=. 0 => lim f(x) = 0:

证明:【经典错误】如果lim f(x) !=0,而又因为lim g(x)=.0,这与lim f(x)/g(x)存在相矛盾,故lim f(x) =0;原因:只证明了lim f(x)存在非0不成立,但lim f(x)也可以不存在;(不存在×÷存在=不一定)

【正确证明】因为lim f(x)/g(x)存在,又因为lim g(x)= 0,所以lim f(x)/g(x) * lim g(x)存在且等于0,所以lim f(x)=0;

(3)lim f(x)/g(x) = A !=0,lim f(x)=0 => lim g(x)=0;

如果A != 反例:lim [x->0] 2x/(1+x^2] =0,分母极限就不等于0;

证明:因为lim f(x)/g(x) = A !=0,所以lim f(x)/[f(x)/g(x)]=0,所以lim g(x) =0;

(4)利用洛必达法则求极限

若(1)lim[x->x0] f(x)=lim[x->x0] g(x)=0或者∞;   0/0,∞/∞;

(2)f(x)和g(x)在x0的某去心邻域内可导,且g'(x)!=0;

(3)lim[x->x0] f'(x)/g'(x)存在(或∞);

则 lim[x->x0] f(x)/g(x)=lim[x->x0] f'(x)/g'(x).   存在

【注】(1)适用类型:0/0; ∞/∞; 0*∞; ∞-∞; 1^∞; ∞^0; 0^0。

1^∞,∞^0,0^0   =>  0*∞  =>  0/0 , ∞/∞

∞-∞  =>   0/0 , ∞/∞

[f(x)]^g(x)=e^(g(x)ln(x))——0*∞;——∞^0; 0^0

1^∞=(1+a)^b;    ab->A;      原式=e^A;

化简:(1)等价代换(2)lim f(x)=A (3) 有理化

【经典错误】设f(x)二阶可导,f(0)=0,f'(0)=1,f”(0)=2.求极限lim[x->0] (f(x)-x)/x^2.

原式 ?= lim[x->0] (f'(x)-1)/2x    !=   lim[x->0] f”(x)/2    !=   f”(0)/2=1。原因是:(1)  无法判断等号后面的极限limf'(x)存在不存在或为∞             (2)  二阶可导不能保证二阶导数有极限;(3) f”(x)无法判断是否连续,所以f”(x)的极限!=f(0)。

【结论】(1)f(x) n阶可导,洛必达法则最多使用到f(x)的(n-1)阶导

(2)f(x)有n阶连续导数,洛必达法则最多使用到f(x)的n阶导

正确解:(1)lim[x->0] (f(x)-x)/x^2=lim[x->0] (f'(x)-1)/2x =1/2 *lim[x->0] (f'(x)-f'(0))/x =f”(0)/2=1。(导数定义)

(2)泰勒公式

(5)利用泰勒公式求极限

求极限往往用佩亚诺余项的泰勒公式,俗称局部泰勒公式。

原则:上下同阶原则

(6)利用夹逼原理求极限

n项和的题:放缩,夹逼

n次根式的题:lim[n->∞] x^n=0 ,|x|<1;

lim [n->∞] n#(1^n+2^n+3^n)=3;夹逼:n#(3*3^n)>原式>n#(3^n)  ,所以等于3.

(7)利用单调有界准则求极限

递推关系的题:单调有界证存在;令极限=a求a。

(1)2ab<=a^2+b^2.

(2)(abc)^(1/3)<=(a+b+c)/3

为什么要证极限存在?反例:x1=1,x(n+1)=1-xn,则数列为1,0,1,0,1,……,1,0……极限不存在

(8)利用定积分定义求极限

lim[n->∞] [1/(n+1) + 1/(n+2) +……+1/(2n)]=ln2

求n项和的题:先提可爱因子1/n。

(1)sinx<x<tanx,0<x<pi/2;

(2)x/(1+x)<tan(1+x)<x,x>0;

(三)函数的连续性

常考题型与典型例题:

题型一 讨论函数连续性及间断点的类型*

题型二 有关闭区间上连续函数性质的证明题

sec1:连续性的概念

定义1   略

定义2  若lim[x->x0] f(x)=f(x0),则函数在x0处连续——在某一点x0上:极限存在,函数有意义,极限与函数相等。

定义3:左连续,右连续

定理:f(x)连续  <=> f(x)左连续且右连续

定义4:区间上的连续:(1)开区间:求某一点连续           (2)闭区间:求某一点连续再求端点处左右连续

sec2:间断点及其分类

不连续的点就叫间断点(×)  反例:lnx 在x=-1

(1)间断点的定义:

定义5 若f(x)在x0某去心邻域有定义,但在x0处不连续,则称x0为f(x)的间断点。

——x0点可以没定义,但起码它的邻域得有定义。

(2)间断点的分类(第一类间断点要说明具体是哪一种间断点,第二类间断点没有特殊要求不用说明)

(1)第一类间断点:左右极限均存在的间断点

可去间断点  左极限=右极限

跳跃间断点:左极限!=右极限

(2)第二类间断点:左、右极限中至少有一个不存在

无穷间断点 lim[x->0] 1/x=无穷

振荡间断点  lim[x->0] sin(1/x)不存在

分段函数分界点,e^∞,arctan∞分左右,其他的情况一般不用分左右。

(ln|x|)’=1/x;         lim [x->0+] (x^a)lnx=0  (a>0);         f(x)->0  <=>  |f(x)|->0;

sec3:连续性的运算与性质

定理1  连续函数的和差积商(分母不为零)仍为连续函数;

定理2  连续函数的复合仍为连续函数;

定理3  基本初等函数在其定义域内是连续的;

定理4  初等函数在其定义区间内是连续;*

例子:f(x)=1/x,x!=0是f(x)的定义域,包含在定义域内部的区间都叫定义区间。

反例: f(x)=(cosx-1)^(1/2),只在2npi上有定义,定义域就是这些离散的点,被包含在这个函数定义域内部的区间没有。

sec4:闭区间上连续函数的性质

定理5 (有界性定理)


有限闭区间上连续的函数,在这个闭区间上一定有界;

定理6 (最值定理)

有限闭区间上连续的函数,在这个闭区间上一定有最大值、最小值;

定理7(介值定理)

若f(x)在[a,b]上连续,且f(a)!=f(b),则对f(a)与f(b)之间任一数C,至少存在一个₰∈(a,b),使得f(₰)=C;

推论:若f(x)在[a,b]上连续,则f(x)在[a,b]上可取到介于它在[a,b]上最小值与最大值之间的一切值。

定理8 (零点定理)

若f(x)在[a,b]上连续,且f(a)*f(b)<0,则必存在₰∈(a,b)使得f(₰)=0;

解:由于f(x)是初等函数,则除x=0,x=1外处处连续。原因:x=0,x=1处是没有定义的点,其他的点都在定义区间内,由定理4 初等函数在其定义区间内是连续的,所以f(x)在其他点处是连续的。

基本初等函数有定义就连续,初等函数有定义区间就连续。

lim x^n:    当|x|<1,lim x^n=0;

当|x|>1,lim x^n=∞;

当|x|=1,lim x^n=1;

当|x|=-1,lim x^n=不存在;

【总结】1.函数:(1)复合  (2)性质

2.极限:(1)概念、性质、准则  (2)求极限*  (3)无穷小比阶*

3.连续:(2)间断点及其类型 *(2)性质

(三)高阶导数

(1)定义6(高阶导数)

【注】如果f(x)在点x处n阶可导,则在点x的某邻域内f(x)必定具有一切低于n阶的导数。

(2)常用的高阶导数公式:

(sinx)^(‘n)=sin(x+n*pi/2);         (cosx)^(‘n)=cos(x+n*pi/2);          (uv)^(‘n)=略;

(sinax)^(‘n)=(a^n)*sin(ax+n*pi/2);

【常考题型与典型例题】

1.导数定义;2.复合函数、隐函数、参数方程求导;3、高阶导数;4、导数应用

1.导数定义:

凑导数定义的形式(拆项):知f'(x0)值,求某式子的极限。也可以用具体函数法。

直接法,排除法:遇到一般函数用具体函数替换挨个排除项。



【经典错误】lim[h->0] [f(a+h)-f(a-h)]/2h=(1/2)*lim[h->0] {[f(a+h)-f(a)]/h + [f(a-h)-(a)]/(-h)} 推出A或B存在。其中A=[f(a+h)-f(a)]/h,B=[f(a-h)-(a)]/(-h);(×) 原因:A、B相加有极限并不能推出A或B有极限。

2.复合函数、隐函数、参数方程求导:

3.高阶导数

(1)公式

(2)求y’,y”,再归纳y^(‘n).

(3)泰勒公式:求哪点写哪一点的泰勒公式。

(四)导数应用

(1)导数的几何意义

求切线,求法线。

(2)相关变化率

已知x对t的变化率是v0,求l在(0,0)点对t的变化率:

(1)建立l与x的关系;

(2)dl/dt=(dl/dx)*(dx/dt)=(dl/dx)*v0.

ch3:微分中值定理及导数应用:

题型一 求极限

题型二 函数的极值和最值,曲线的凹向与拐点

(一)微分中值定理

费马(某点可导且在某点取极值,一定有f'(x0)=0 )——>罗尔(区间连续+端点的函数值相等+区间内可导=f(x)在区间内一定有一点取极值)——>拉格朗日(曲线上存在切线平行于端点弦)——>柯西(y=f(x)变为参数方程y=y(t),x=x(t));

定理1 (费马引理)

如果函数f(x)在x0处可导,且在x0处取得极值,那么f'(x0)=0;   两个条件缺一个的反例f(x)=|x|;

函数与函数的一阶导

定理2 罗尔定理:*

定理3 拉格朗日中值定理:

f(b)=f(a)便是罗尔定理

定理4 柯西中值定理

分母的F(x)=x,便是拉格朗日中值定理

函数与函数的高阶导

定理5 皮亚诺型余项泰勒公式  局部:极限,极值

n阶可导

f(x)=f(x0)+f'(x0)(x-x0)+………….

若x=0,则为麦克劳林公式。

定理6 拉格朗日型余项泰勒公式   整体:最值、不等式

(n+1)阶可导

泰勒公式共同点:(1)多项式逼近        一般函数(2)函数与高阶导的关系

不同点:(1)条件不同(2)余项不同

(二)导数应用

1.函数的单调性

f(x)在闭区间连续在开区间内可导,若导数大于0,f(x)在区间内单调增;若导数小于0,f(x)在区间内单调减。

2.函数的极值

定义:

区间内恒有f'(x)>=f(x0),称f(x)在x0取极小值。

区间内恒有f'(x)<=f(x0),称f(x)在x0取极大值。、

定理8 极值的必要条件

f(x)在x0处可导且在x0点取得极值,则f'(x0)=0;

函数极值点一定是驻点(错):反例f(x)=|x|;

可导函数极值点一定是驻点。(对)

可能的极值点:(1) f'(x0)=0 (2) f'(x0)不存在

定理9 极值的第一充分条件:导数在x0的两侧发生变号

定理10 极值的第二充分条件:一阶导等于0,二阶导不等于0:二阶导小于0取极大,二阶导大于0取极小。

3.函数的最大最小值

(1)求连续函数f(x)在[a,b]上的最值

step1:求出在(a,b)内的驻点和不可导点

step2:求出驻点和不可导点以及端点的函数值

step3:比较以上各点的函数值

(2)最大最小值的应用题

step1:建立目标函数

step2:三部曲

4.曲线的凹凸性

定义3:

凹: f[(x1+x2)/2]<[f(x1)+f(x2)]/2;

凸: f[(x1+x2)/2]>[f(x1)+f(x2)]/2;

定理11  若在区间I上f”(x)>0(<0),则曲线y=f(x)在I上是凹(凸)的。

定义4(拐点) 拐点是坐标。(你可以说x=x0是极值点但不可以说x=x0是拐点。

判定(必要条件与充分条件)极点的一个必要两个充分抬高一阶

5.曲线的渐进线

(1)水平渐近线lim[x->∞] f(x)=A,y=A是水平渐近线。一条曲线最多两条水平渐近线im[x->+∞] f(x)=A,或im[x->-∞] f(x)=A。如y=arctanx;

(2)垂直渐近线im[x->x0] f(x)=∞,那么x=x0是y=f(x)的垂直渐近线。

(3)斜渐近线 lim[x->∞] f(x)/x=a,b=lim[x->∞] (f(x)-ax),那么y=ax+b是y=f(x)的斜渐近线。最多两条x趋向±∞时,取a和b不完全相同。

【注】在+∞或-∞这一侧,有水平渐近线就没有斜渐近线,有斜渐近线就没有水平渐近线。

有水平渐近线就没有斜渐近线,有斜渐近线就没有水平渐近线。(×)反例:可以负无穷有水平渐近线,正无穷有斜渐近线。

6.函数的作图

7.曲线的弧微分与曲率

曲率  K=|y”|/(1+y’²)^(3/2)

曲率半径R=1/K;

常考题型与典型例题

1.求函数的极值与最值,确定曲线的凹向和拐点:

保号性、极值定义;排除法

【注】分段函数的分段点处存在左右导数不相等即不可导的情况,需要先求左右导数进行判断。之后再决定分段函数求导时要不要加入分段点。但最后还是要讨论分段点是不是极值点((1)在分段点,函数是否连续,导数是否变号(2)极值点的定义)。

应用题:(1)建立目标函数(2)找极值点三步走:求导数,找驻点,再判定

建立目标函数不唯一,找最好求导的目标函数。

拐点:找二阶导为0和不存在的点。再判断左右二阶导是否变号。不存在的点左右二阶导变号还要判定一阶导在这一点是否连续

2.求渐近线;

3.方程的根:

(1)存在性:

零点定理:f(a)f(b)<0;

罗尔定理:找函数f(x)的原函数,然后用罗尔使f(x)=0;

(2)个数:

单调性

4.不等式的证明:

(1)拉格朗日定理

(2)单调性

5.中值定理证明题

下图用到介值定理:

ch4:不定积分:

1.不定积分的概念与性质

1.原函数 F'(x)=f(x)

2.不定积分 ∫f(x)dx = F(x)+C

3.不定积分的几何意义

4.原函数存在定理:

定理1:若f(x)在区间I上连续,则f(x)在区间I上一定存在原函数。

定理2:若f(x)在区间I上有第一类间断点,则f(x)在区间I上没有原函数。例子:g(x)=sgn(x);

5.不定积分的性质:

(1)积分的导数=被积函数; 积分的微分=被积函数*dx

(2)导数的积分=被积函数+C;微分的积分=被积函数+C;

(3)和差的积分=积分的和差;【分项积分法】

(4)常数×f(x)的不定积分=f(x)的不定积分×常数;

2.不定积分的基本公式

略。

【应用】分项积分法

3.三种主要积分法

+-:分项积分法(加项减项拆)

×÷:分部积分法

复合:换元法

(1)第一类换元法:凑微分:dx/x=d(lnx+C)  ; dx/√x=2d√x ;

(2)第二类换元法:

定理:略

常用的换元:

三角代换:     去根号

√(a²-x²)  x=asint或者acost

√(a²+x²)   x=atant

√(x²-a²)    x=asect

(3)分部积分

∫udv=uv-∫vdu  适用两类不同函数相乘

原则:

1.遇到对数或反三角,对数反三角以外的函数凑微分

2.遇到幂,幂以外的函数凑微分

3.遇到指数或三角,指数三角以外的凑微分

(4)有原函数但不可积的函数

(1)∫e^(x²)dx

(2)∫(sinx/x) dx

(3)∫(cosx/x) dx

4.三类常见可积函数积分

(1)有理函数积分  ∫R(x)dx

(1)一般法(部分分式法):分母因子的重数=该因子拆成分式的项数,分母因子的最高次数=拆成项分子的最高次数

*(2)特殊方法(加项减项拆或凑微分降幂);

(2)三角有理式积分:  ∫R(sinx,cosx)dx

(1)一般方法(万能代换 ) 令tan(x/2)=t

∫R(sinx,cosx)dx = ∫R[ 2t/(1+t²)  ,  (1-t²)/(1+t²)  ] *[2/(1+t²)]dt

*(2)特殊方法(三角变形,换元,分部)

(1)若R(-sinx,cosx)=-R(sinx,cosx),则令u=cosx    dcosx

(2)若R(sinx,-cosx)=-R(sinx,cosx),则令u=sinx    dsinx

(3)若R(-sinx,-cosx)=R(sinx,cosx),则令u=tanx    dtanx

换元后加项减项拆

(3)简单无理函数积分  ∫R{ x, [(ax+b)/(cx+d)]^(1/n)}dx

*一般方法:令[(ax+b)/(cx+d)]^(1/n)=t;

2+3+3:2个概念,*3种方法,3类积分

常考题型与典型例题

求不定积分(换元、分部)

被积函数f(x)是连续的分段函数,只要证明它的原函数在分段点处是连续的,那么它在分段点处一定也可导.        【被积函数是连续的分段函数,做不定积要分段做,做完以后要调整任意常数,只要保证它在分段点处连续,那么自然保证它在分界点可导,导数等于被积函数。

ch5:定积分:

题型一  定积分的概念、性质及几何意义

题型二 定积分的计算

题型三 变上限定积分

1.定积分概念

(1) 定积分的定义 【分 匀 和 精】

(2)定积分存在的

充分条件

(1)f(x)在[a,b]上连续;

(2)f(x)在[a,b]上

有界且只有有限个间断点

(3)f(x)在[a,b]上

仅有有限个第一类间断点;

【注】可积函数一定有界,但有界函数不一定可积;     反例:狄雷克力函数:D(x)={有理:=1 ;无理: = 0;}

(3)f(x)>0 ,f(x)的定积分等于曲线与区间围成的面积;

f(x)<0 ,f(x)的定积分等于曲线与区间围成的面积的负值;

f(x)可正可负,  f(x)的定积分等于上面的面积减去下面的面积;

2.定积分的性质

(1)不等式:

(1)若f(x)<=g(x),则f(x)在区间[a,b]的积分<=g(x)在区间[a,b]的积分,其中a<b;

(2)f(x)在区间[a,b]上连续,则m(b-a)<=f(x)在区间[a,b]的积分<=M(b-a),m和M分别是f(x)在区间的最小值和最大值;

(3)积分的绝对值<=绝对值的积分;

(2)中值定理:

*(1)若f(x)在[a,b]上连续,则∫【a,b】f(x)dx=f(&)(b-a);a<&<b;

(2)




f(x)





g(x)





[a,b]


上连续


,g(x


)不变号,则∫【


a,b





f(x)g(x)dx=f(&)


∫【


a,b





g(x)dx,a<=&<=b;

­­­

3.积分上限的函数*

∫【a,x】f(t)dt=F(x);

定理: 若f(x)在[a,b]上连续,则∫【a,x】f(t)dt在[a,b]上可导且(∫【a,x】f(t)dt)’=f(x).

【揭示了微分和积分的内在联系是逆运算,揭示了原函数的存在性——连续函数一定有原函数。】

定理: 设f(x)连续

(1)若f(x)是奇函数,则∫【0,x】f(t)dt是偶函数;

(2)若f(x)是偶函数,则∫【0,x】f(t)dt是奇函数;

4.定积分的计算*

(1)牛顿-莱布尼茨公式

(2)换元法

(3)分部积分法

(4)利用奇偶性、周期性

(5)利用公式

华里士公式等公式

题型一  定积分的概念、性质及几何意义

题型二 定积分的计算

第一步,奇偶性化简

第二步,

(1)定积分的几何意义算积分:

∫【0,a】√(a²-x²)= pi*a²/4;(a>0);

∫【0,a】√(2ax-x²)= pi*a²/4;(a>0);

∫【0,2a】√(2ax-x²)= pi*a²/2;(a>0);

(2)

∫【0,pi】xf(sinx)dx=(pi/2)∫【0,pi】f(sinx)dx

题型三 变上限定积分

(1)上下限有x被积函数没有x——直接求导

(2)上下限与被积函数都有x——加项减项拆或作变量代换化成第一种形式再求导

(3)抽象函数的积分中抽象函数里既有x又有t——变量代换

求导带值:F(x)在x=pi处连续,那么0<=x<pi可以写成0<=x<=pi,左导右导都可以求导带值,就不需要麻烦的用定义求左右导数来做了。

定积分出现在极限中,


(积分中值定理第二个,让值不为0的做f(x);)

sec2:反常积分

(1)无穷区间上的反常积分

定义1:∫【a,+∞】f(x)dx=lim【t->+∞】∫【a,t】f(x)dx

定义2:∫【-∞,b】f(x)dx=lim【t->-∞】∫【t,b】f(x)dx

定义3:∫【-∞,+∞】f(x)dx=∫【-∞,0】f(x)dx + ∫【0,+∞】f(x)dx

比较对象是我们熟悉的P积分进行比较。

判收敛放大,大的收敛小的就收敛

判发散缩小,小的发散大的就发散

(2)无界函数的反常积分


常考题型与典型例题:

(1)反常积分的敛散性

(1)定义:原函数比较好找的情况下

(2)比较法:和P积分比较

(3)P积分

(2)反常积分的计算

(1)换元(定积分不分第一类换元第二类换元,统称为换元;不定积分才分第一类换元第二类换元 )

(2)分部

ch6 定积分的应用

1.平面图形的面积

(1)直角坐标

(2)极坐标

2.旋转体体积

(1)区域D绕x轴旋转一周所得到的旋转体体积为

Vx=pi∫f²(x)dx

(2)区域D绕y轴旋转一周所得到的旋转体体积为

Vy=2pi∫xf(x)dx

3.曲线弧长

(1)

(2)

(3)

4.旋转体侧面积

sec2 物理应用

1.压力:

2.变力做功:

3.引力:

ch7 常微分方程

sec1.常微分方程的基本概念

1.微分方程

2.微分方程的阶

3微分方程的解

4.微分方程的通解

5.微分方程的特解

6.微分方程的初始条件

7.积分曲线

sec2.一阶微分方程

(1)可分离变量的方程  y’=f(x)g(y)

(2)齐次方程:dy/dx=&(y/x)          令u=y/x  => y=xu.   dy/dx=u+x(du/dx)=&(u)  可分

(3)线性方程; y’+P(x)y=Q(x)     通解:略  【注】在代入通解公式算e上面的积分时,e上面的出现1/x的积分不用加绝对值也不用加任意常数。

(4)伯努利方程(仅数一):y’+P(x)y+Q(x)(y^a)  (a!=1)    令y^(1-a)=u,将方程化为线性方程。

(5)全微分方程(仅数一): dF(x,y)=P(x,y)dx+Q(x,y)dy=0.        a.判定:P对y的偏导等于Q对x的偏导。b.解法:(1)偏积分(2)凑微分(3)线积分

sec3.可降价的高阶方程

y”=f(x,y,y’)

(1)y”=f(x)

(2)y”=f(x,y’)不显含y的微分方程  :令 y’=P,y”=dP/dx

(3)y”=(y,y’)不显含x的微分方程   :令 y’=P,y”=P(dP/dy)

sec4.高阶线性微分方程

(1)线性微分方程的解的结构

齐次方程: y”+p(x)y’+q(x)y=0        (1)

非齐次方程  y”+p(x)y’+q(x)y=f(x)    (2)

定理1:如果y1(x)和y2(x)是齐次方程(1)的两个线性无关的特解,那么有y=C1y1(x)+C2y2(x)就是方程(1)的通解。

定理2:如果y*是非齐次方程(2)的一个特解,y1(x)和y2(x)是齐次方程(1)的两个线性无关的特解,则y=C1y1(x)+C2y2(x)+y*(x)是非齐次微分方程(2)的通解。

定理3:如果y1*(x),y2*(x)是非齐次方程(2)的两个特解,则y(x)=y2*(x)-y1*(x)是齐次微分方程(1)的解。

定理4:如果y1*(x),y2*(x)分别是方程y”+p(x)y’+q(x)y=f1(x) ,y”+p(x)y’+q(x)y=f2(x) 的特解,则y1*(x)+y2*(x)是方程y”+p(x)y’+q(x)y=f1(x)+f2(x)的一个特解。

(2)常系数齐次线性微分方程

y”+py’+qy=0

特征方程 r²+pr+q=0;

设r1,r2是特征方程两个根

1)不等实根:r1!=r2      y=C1(e^(r1x)+C2(e^(r2x)

2)相等实根:   r1=r2=r     y=(e^(rx))*(C1x+C2);

3)共轭复根: r1,2=a±iB  y=(e^(ax))*(C1cosBx+C2sinBx)

(3)常系数非齐次线性微分方程

(4)欧拉方程(仅数一)

sec5差分方程(仅数三)

题型一 微分方程求解

题型二 综合题

【注】条件是f(x)连续,为什么能求f’(x)?因为求导后可以看出f’(x)=f(x)+e^x是连续的。所以能用。

题型三 应用题

ch8 多元函数微分学

sec1. 多元函数的基本概念

1.重极限 连续 偏导数 全微分

2.常考题型与典型例题  讨论连续性、可导性、可微性

(1)多元函数的极限

lim[(x,y)->(x0,y0)] f(x,y)=A

【注】

1)(x,y)->(x0,y0)是以“任意方式”

2)(1)局部有界性(2)保号性(3)有理运算(4)极限与无穷小的关系(5)夹逼性

多元函数求极限:存在,方法步骤:(1)取绝对值(2)夹逼

不存在,方法步骤:找反例

(2)多元函数的连续性

(1)连续的概念    lim[(x,y)->(x0,y0)] f(x,y)=f(x0,y0)

(2)连续函数的性质

性质1 多元函数的和差积商(分母不为零)仍为连续函数;

性质2 多元连续函数的复合函数也是连续函数;

性质3 多元初等函数在其定义区域内连续

性质4 (最大值定理) 有界闭区域D上的连续函数在区域D上必能取得最大值与最小值。

性质5 (介值定理)有界闭区域D上的连续函数在区域D上必能取得介于最大值与最小值之间的任何值。

(3)偏导数

1)偏导数的定义

2) 二元函数偏导数的几何意义

z=f(x,y)是一个曲面

z=f(x,y0)表示y=y0这个平面与曲面的交线。z=f(x,y)在y=y0的偏导就是这条曲线的导数。

3)高阶偏导数

定义5 略

定理1 如果函数z=f(x,y)的两个二阶混合偏导数f’‘xx和f”yy在区域D内连续,则在该区域内f’‘xx=f”yy。

(4)全微分

定义5 若△z=f(x0+△x,y0+△y)-f(x0,y0)=A△x+B△y+o(p),则称函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处可微,dz=A△x+B△y

定理2(可微的必要条件) 如果z=f(x,y)在点(x0,y0)处可微,则在点(x0,y0)处z’x,z’y必定存在,且dz=z’xdx+z’ydy。

用定义判定可微性

a)首先,fx(x0,y0)与fy(x0,y0)是否都存在?

b)然后,lim[] {△z-[fx(x0,y0)△x+fy(x0,y0)△y]}/[(△x)²+(△y)²]½

定理3(可微的充分条件)如果z=f(x,y)的偏导数z’x,z’y在点(x0,y0)处连续,则函数z=f(x,y)在点(x0,y0)处可微。(偏导存在且在该点连续,则函数在该点可微)

(5)连续、可偏导及可微之间的关系

偏导数连续一定可微,但可微不一定偏导数连续。

2.常考题型与典型例题  讨论连续性、可导性、可微性

sec2. 多元函数微分法

1.复合函数的微分法

定理4 设u=u(x,y),v=v(x,y)在点(x,y)处有对x及对y的偏导数,函数z=f(u,v)在对应点(u,v)处有连续偏导数,则z=f[u(x,y),v(x,y)]在点(x,y)处的两个偏导数存在。且有z’x=z’u·u’x+z’v·v’x,z’x=z’u·u’y+z’v·v’y。

全微分形式的不变性

设函数z=f(u,v),u=u(x,y)及v=v(x,y)都有连续的一阶偏导数,则复合函数z=f[u(x,y),v(x,y)]的全微分dz=z’xdx+z’ydy=z’udu+z’vdv.

2.隐函数的微分法

1)由方程F(x,y)=0确定的隐函数y=y(x)

y’=-(F’x/F’y).

2)由方程F(x,y,z)=0确定的隐函数z=z(x,y)

若F(x,y,z)在点P(x0.y0,z0)的某一邻域内由连续偏导数,且F(x0,y0,z0)=0,F’z(x0,y0,z0)!=0。则方程F(x,y,z)=0在点(x0,y0,z0)的某邻域可唯一确定一个有连续偏导数的函数z=z(x,y),并有z’x=-(F’x/F’z),z’y=-(F’y/F’z).

常考题型

题型一  复合函数的偏导数与全微分

先代后求

题型二 隐函数的偏导数与全微分

(1)对等式两端求偏导

(2)公式法

(3)微分形式的不变性

sec3.多元函数的极值与最值

1.无约束极值

定义7:若在点(x0,y0)的某邻域内恒成立不等式f(x,y)<=f(x0,y0)  ( f(x,y)>=f(x0,y0) )

则称f在点(x0,y0)取得极大值(极小值)。点(x0,y0)称为f的极大值点(极小值点),极大值点与极小值点统称为极值,极大值点与极小值点统称为极值点。

定理5(极值的必要条件):设z=f(x,y)在点(x0,y0)存在偏导数,且(x0,y0)为f(x0,y0)的极值点,则f’x(x0,y0)=0,f’y(x0,y0)=0.

驻点不一定是极值点;反例xy

极值点不一定是驻点;反例|x|+|y|

可导情况下极值点是驻点。

可能极值点:(1)驻点(2)偏导数不存在的点

定理6(极值的充分条件)设z=f(x,y)在点P0(x0,y0)的某邻域内有二阶连续偏导数,又f’x(x0,y0)=f’y(x0,y0)=0,记A=f”xx(x0,y0),B=f”xy(x0,y0),C=f”yy(x0,y0),则

(1)当AC-B²>0时,有极值;A>0极小值,A<0极大值

(2)当AC-B²<0时,无极值。

(3)当AC-B²=0时,不一定(一般用定义判定)。

2.条件极值与拉格朗日乘数法

1)函数f(x,y)在条件Φ(x,y)=0条件下的极值。

令F(x,y,入)=f(x,y)+入Φ(x,y)

F’x=f’x(x,y)+入Φ’x(x,y)=0,

F’y=f’y(x,y)+入Φ’y(x,y)=0,

F’入=Φ(x,y)=0,

2)函数f(x,y,z)在条件Φ(x,y)=0,Ψ(x,y,z)=0条件下的条件极值

令F(x,y,z.入.u)=f(x,y,z)+入Φ(x,y,z)+uΨ(x,y,z)

3.最大最小值

1.求连续函数f(x,y)在有界闭区域D上的最大最小值

1)求f(x,y)在D内部可能的极值点。

2)求f(x,y)在D的边界上的最大最小值。

3)比较

2.应用题

常考题型

题型一 求极值(无条件)

题型二求连续函数f(x,y)在有界闭区域D上的最大最小值

题型三最大最小值应用题

处理边界:(1)拉格朗日常数法(2)直角坐标下,化条件为无条件(3)遇到圆椭圆等曲线边界,在参数方程下化条件为无条件

ch9: 二重积分

1.二重积分的概念与性质

(1)二重积分的概念:

定义1:∫∫【D】f(x,y)dσ=lim【入->0】 Σ【i=1,n】f(xi,yi)Δσi.

几何意义:略

(2)二重积分的性质

性质1(不等式)

(1)在D上若f(x,y)≤g(x,y),则∫∫【D】f(x,y)dσ<=∫∫【D】g(x,y)dσ,

(2)若在D上有m<=f(x,y)<=M,则mS<=∫∫【D】f(x,y)dσ<=MS,其中S为区域D的面积。

性质2(中值定理)设函数f(x,y)在闭区域D上连续,S为区域D的面积,则在D上至少存在一点(ξ,η),使得∫∫【D】f(x,y)dσ=f(ξ,η)·S

2.二重积分计算

(1)利用直角坐标计算

1)先y后x        ∫∫【D】f(x,y)dσ=∫【a,b】dx∫【φ1(x),φ2(x)】f(x,y)dy

2)先x后y        ∫∫【D】f(x,y)dσ=∫【c,d】dy∫【φ1(y),φ2(y)】f(x,y)dx

(2)利用极坐标计算

1)先р后θ       ∫∫【D】f(x,y)dσ=∫【α,β】dy∫【φ1(θ),φ2(θ)】f(рcosθ,рsinθ)рdр

【注】适合用极坐标计算的二重积分的特征

(1)适合用极坐标计算的被积函数:

f( (x²+y²)^(1/2) ) ,f(y/x),f(x/y)

(2)适合极坐标的积分域:如

x²+y²≤R²;       r²≤x²+y²≤R²;

x²+y²≤2ax;        x²+y²≤2by;

圆心既不在坐标原点也不在坐标轴上的积分域,令x-x0=pcosθ,y-y0=psinθ; 【???】

(3)利用对称性和奇偶性计算

1)若积分域D关于y轴对称,则

当f(-x,y)=f(x,y)时, ∫∫【D】f(x,y)dσ=2∫∫【D1】f(x,y)dσ;

当f(-x,y)=-f(x,y)时, ∫∫【D】f(x,y)dσ=0;

2)若积分域D关于x轴对称,则

当f(x,-y)=f(x,y)时, ∫∫【D】f(x,y)dσ=2∫∫【D1】f(x,y)dσ;

当f(x,-y)=-f(x,y)时, ∫∫【D】f(x,y)dσ=0;

(4)利用变量对称性计算

若D关于y=x对称,则∫∫【D】f(x,y)dσ=∫∫【D】f(y,x)dσ

常考题型

题型一:累次积分交换次序及计算

题型二:二重积分计算

(凑数的题)

题型三:不等式

ch10:无穷级数

sec1:常数项级数(数一数二要求)

(1)概念与性质

(1)级数的概念

Σ【n=1,∞】un=u1+u2+……+un+……

sn=Σ【i=1,n】ui(部分和)

Σ【n=1,∞】un=lim【n->∞】sn

研究两个问题:级数收敛还是发散,级数的和

(2)级数的性质

(1)若Σ【n=1,∞】un收敛于s,则Σ【n=1,∞】kun也收敛,且其和为ks.

(2)若Σ【n=1,∞】un和Σ【n=1,∞】vn,分别收敛于s,σ.则Σ【n=1,∞】(un±vn)收敛于s±σ。

【注】收敛±发散=发散;发散±发散=不确定。

(3)在级数中去掉、加上或改变有限项不影响级数的敛散性。

(4)收敛级数加括号仍收敛且和不变。

【注】加括号收敛 不能得 原级数收敛;原级数收敛 可以得加括号收敛。

加括号发散 可以得 原级数发散。

(5)级数收敛得必要条件

Σ【n=1,∞】un收敛 ——>lim【n->∞】un=0.

lim【n->∞】un=0 不能得Σ【n=1,∞】un收敛。  经典反例:Sn=Σ【n=1,∞】(1/n).

(2)级数的审敛准则

(1)正项级数 (Σ【n=1,∞】un,un≥0)

基本定理:Σ【n=1,∞】un收敛 《=》sn上有界

1)比较判别法法:设un≤vn,则

Σ【n=1,∞】vn收敛 =>Σ【n=1,∞】un收敛

Σ【n=1,∞】un发散 =>Σ【n=1,∞】vn发散

补充:Σ【n=1,∞】un发散 =>Sn->+∞。

2)比较法的极限形式:设lim【n->∞】(un/vn)=l  (0<=l<=+∞)

a.若0<l<+∞,则Σ【n=1,∞】un与Σ【n=1,∞】vn同敛散。

b.若l=0,则Σ【n=1,∞】vn收敛=>Σ【n=1,∞】un收敛,Σ【n=1,∞】un发散 =>Σ【n=1,∞】vn发散;

c.若l=+∞,则Σ【n=1,∞】vn发散=>Σ【n=1,∞】un发散,Σ【n=1,∞】un收敛=>Σ【n=1,∞】vn收敛.

两个常用级数:

1)Σ【n=1,∞】1/(n^p)    p>1时收敛,当p<=1时发散;

2)Σ【n=1,∞】a(q^n) (a>0,q>0)  q<1时收敛,当q>=1时发散。

3)比值法:设lim【n->∞】(un+1/un)=ρ,则

当ρ<1时,Σ【n=1,∞】un收敛; 当ρ>1时,Σ【n=1,∞】un发散; 当ρ=1时,Σ【n=1,∞】un不一定。

4)根值法:设lim【n->∞】(un)^(1/n)=ρ,则

当ρ<1时,Σ【n=1,∞】un收敛; 当ρ>1时,Σ【n=1,∞】un发散; 当ρ=1时,Σ【n=1,∞】un不一定。

5)积分判别法:设f(x)是【1,+∞)上单调减,非负的连续函数,且an=f(n)则Σ【n=1,∞】an与∫【1,+∞】f(x)dx同敛散。

总结:1)、2):适用范围广但不方便。

3)、4):方便但适用范围窄。

【注】出现a^n,n!,n^n其中之一,用3)4);否则用1)2)。

(2)交错级数   (Σ【n=1,∞】[(-1)^n]un,un>0)

莱布尼茨准则:(1)若(1)un单调减;(2)lim【n->∞】un=0;则Σ【n=1,∞】[(-1)^(n-1) ]un收敛。

【注】Σ【n=1,∞】[(-1)^(n-1) ]un收敛 推不出 un单调减且lim【n->∞】un=0;

un单调减且lim【n->∞】un=0  可以推出  Σ【n=1,∞】[(-1)^(n-1) ]un收敛 。

(3)任意项级数

1)绝对收敛与条件收敛的概念

(1)若Σ【n=1,∞】|an|收敛,则Σ【n=1,∞】an必收敛,此时称Σ【n=1,∞】an绝对收敛。

(2)如Σ【n=1,∞】an收敛,Σ【n=1,∞】|an|发散,则称Σ【n=1,∞】an条件收敛。

2)绝对收敛和条件收敛的基本结论

(1)绝对收敛的级数一定收敛,即Σ【n=1,∞】|un|收敛 => Σ【n=1,∞】un收敛。

(2)条件收敛的级数的所有正项(或负项)构成的级数一定发散。即:

Σ【n=1,∞】un条件收敛 =>Σ【n=1,∞】[un-|un|]/2发散。

常考题型:

  1. 常数项级数敛散性判定

sec2:幂级数(数一数三要求)

sec3:傅里叶级数(仅数一要求)



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