Strongart数学笔记:从微积分极限到范畴论极限

Strongart数学笔记:从微积分极限到范畴论极限
Strongart数学笔记:从微积分极限到范畴论极限

从微积分极限到范畴论极限

极限概念可以说是微积分学的基础,在现代数学中也有着很多形式的推广与变形,下面我就来小结一下从最简单的数列极限到抽象的范畴论极限中大致走过的道路。

很多同学刚开始学级数的时候,会感到这个求和过程似曾相识,似乎就是极限的另一个表现形式。大概是某些同学更习惯于求和,便提议说微积分应该从级数开始,这可以说也有一番道理。但级数与数列极限的一个本质差别,就是级数中存在着换序问题,而数列极限则完全没有这方面的顾虑。对此我们可以这样理解,级数就相当于积分,其中个体的作用要比极限更大,因此次序的变更就会可能产生天翻地覆的结果。此外,就是数列极限的连续化要比级数更加自然,很容易就推广到一般函数的极限中去。

在探讨深入极限的推广之前,我们要先分析一下极限的两大基本要素:一个是所谓的指标集,另一个则是取值空间。比如在极限lim (x→∞)1/x=0,我们可以说指标集就是R,取值空间就是R。但我们也可以把(n,∞)作为指标集,而把(-1/n,1/n)作为取值空间。

事实上,指标集的本质部分就是一个序结构,而取值空间的本质部分则是局部性,它可以用拓扑领域进行刻画。

最常见的指标集就是序列,它具有可数性的优点,并且自带一个序关系。但在一些特殊情况下,我们并不能提炼出相应的点列,只能使用更加抽象的偏序关系。为此可以把指标集I抽象化,提炼出正向集的概念,它是指在I内有一个偏序关系≤,使得对任何x、y∈I,总存在z∈y,满足x≤z且y≤z,这里只有最后的共尾关系才是本质的。所谓的网收敛就是这样推广出来的,它的一个典型例子就是通常的Riemann积分,其指标集就是对区间的划分,而偏序关系则是所谓的划分加细。

取值空间的推广则是被完美吸收到所谓点集拓扑当中,这里是通过两次公理化过程得到的,先是普通空间的度量概念进行公理化升华,再把度量空间中的开集概念进行公理化升华。拓扑学中的Haudorff性质常常用来保证极限是唯一的,而序列的存在性则是由可数公理来保证。事实上,在拓扑学中网收敛是本质的,是可以直接刻画闭集的,而我们所熟悉序列收敛只是一个常见的弱例而已。

对于网收敛,我们还可以换一个角度来思考,认为是相应的邻域在收敛,这就得到了所谓滤子的概念。通俗的讲,网收敛就是点收敛,滤子收敛就是片收敛,这里点中有片,片中有点,它们实际上就是等价的。请看下图,你既可以说是网xi在收敛于中间的点x,也可以说是各个邻域Ni在收敛于点x:

一般而言,在分析中我们经常使用网收敛,而在代数中则是喜好滤子收敛。比如在交换代数中,就专门有一个滤链的概念,由它可以专门导出拓扑空间,所谓的p-adic拓扑就是它的特例。请注意,这里的过程实际上是被逆转了的,不是先有空间再研究收敛,而是为了得到相应的收敛关系,反过来定义了新的拓扑空间。

当人们熟悉了滤子的片收敛模式之后,便不甘心总是让片收敛于点,可以直接让片收敛于片啊!比如说,在平面上可以让半径为(1+1/n)的圆盘收敛到单位圆盘上,稍微作一个反向思考,我们还能让半径为(1-1/n)的圆盘收敛到单位圆盘上。这样似乎就出现了两种对偶的收敛的模式:带指标的交集与并集。而在这样的交或并之中,似乎会因为空间的重合而损失一些信息,为此我们需要做一个Hausdorff不交化。具体来说,就是把各个片Ni嵌入到空间Xi,其中各Xi是不同的空间,但又都是同一个空间的拷贝,与此同时相应的交或并的关系就变成了投射或嵌入。假设不交化的整体存在,那么

它就是所有Xi的直积(或直和)的子集,并满足一些自然的性质:各个投射与投射的复合还是对应的投射(或各个包含与包含的复合还是对应的包含)。反过来,只要我们确认这些自然性质得到满足,便可以断定最后的极限存在,这样得到的极限被称为投射极限(或归纳极限)。

只要对拓扑空间中的投射极限与归纳极限做一个抽象概括,我们就得到范畴论中的反向极限与正向极限。以反向极限为代表,最简单的两个例子莫过于直积与抽象交,前者对投射没有任何要求,后者是要求最严格的投射性。从指标集的角度来看,直积的指标是离散的,而抽象交的指标则本质上是完全同方向的。同时,由于引入了这个不交化过程,便使得不论是正向极限中的直和还是反向极限中的直积,都可能远大于原来的空间,这一点恐怕是极限的初创者所始料不及的啦~

本文作者Strongart是一位自学数学的牛人,现在他依然努力坚持自学数学,似乎又有了新的突破,还录了一些数学专业教学视频放在网上。然而,他却一直没有收到专业人士的邀请,至今只能依靠网络书店购买书籍,无法获取海量的论文资料,也没有机会和一流的学者们交流,最后只能走上娱乐拯救学术的道路,这不论对他自己还是对中国的数学事业都将是一个损失。这里我希望一些有识之士能够用自己的实际行动支持一下!

欢迎大家二次分享此文档,请注明文档作者Strongart,欢迎访问

Strongart的新浪博客。

微积分笔记

第一章 函数、极限和连续 §1.1 函数 一、 主要内容 ㈠ 函数的概念 1. 函数的定义: y=f(x), x ∈D 定义域: D(f), 值域: Z(f). 2.分段函数: ?? ?∈∈=2 1 ) ()(D x x g D x x f y 3.隐函数: F(x,y)= 0 4.反函数: y=f(x) → x=φ(y)=f -1(y) y=f -1 (x) 定理:如果函数: y=f(x), D(f)=X, Z(f)=Y 是严格单调增加(或减少)的;则它必定存在反函数: y=f -1(x), D(f -1)=Y, Z(f -1)=X 也是严格单调增加(或减少)的。 ㈡ 函数的几何特性 1.函数的单调性: y=f(x),x ∈D,x 1、x 2∈D 当x 1<x 2时, 若f(x 1)≤f(x 2),则称f(x)在D 内单调增加( ); 若f(x 1)≥f(x 2),则称f(x)在D 内单调减少( ); 若f(x 1)<f(x 2),则称f(x)在D 内严格单调增加( ); 若f(x 1)>f(x 2),则称f(x)在D 内严格单调减少( )。 2.函数的奇偶性:D(f)关于原点对称 奇函数:f(-x)=-f(x) 偶函数:f(-x)=f(x) 3.函数的周期性: 周期函数:f(x+T)=f(x), x ∈(-∞,+∞) 周期:T ——最小的正数 4.函数的有界性: |f(x)|≤M , x ∈(a,b) ㈢ 基本初等函数 1.常数函数: y=c , (c 为常数) 2.幂函数: y=x n , (n 为实数) 3.指数函数: y=a x , (a >0、a ≠1) 4.对数函数: y=log a x ,(a >0、a ≠1) 5.三角函数: y=sin x , y=con x y=tan x , y=cot x y=sec x , y=csc x 6.反三角函数:y=arcsin x, y=arccon x y=arctan x, y=arccot x ㈣ 复合函数和初等函数 1.复合函数: y=f(u) , u=φ(x) y=f[φ(x)] , x ∈X 2.初等函数:由基本初等函数经过有限次的四则运算(加、减、乘、除)和复合所构成的,并且能用一个数学式子表示的函数 §1.2 极 限 一、 主要内容 ㈠极限的概念 1. 数列的极限: A y n n =∞ →lim 称数列{}n y 以常数A 为极限;或称数列{}n y 收敛于A. 定理: 若{}n y 的极限存在 ?{}n y 必定有界.

几种定积分的数值计算方法

几种定积分的数值计算方法 摘要:本文归纳了定积分近似计算中的几种常用方法,并着重分析了各种数值方法的计 算思想,结合实例,对其优劣性作了简要说明. 关键词:数值方法;矩形法;梯形法;抛物线法;类矩形;类梯形 Several Numerical Methods for Solving Definite Integrals Abstract:Several common methods for solving definite integrals are summarized in this paper. Meantime, the idea for each method is emphatically analyzed. Afterwards, a numerical example is illustrated to show that the advantages and disadvantages of these methods. Keywords:Numerical methods, Rectangle method, Trapezoidal method, Parabolic method, Class rectangle, Class trapezoid

1. 引言 在科学研究和实际生产中,经常遇到求积分的计算问题,由积分学知识可知,若函数 )(x f 在区间],[b a 连续且原函数为)(x F ,则可用牛顿-莱布尼茨公式 ?-=b a a F b F x f ) ()()( 求得积分.这个公式不论在理论上还是在解决实际问题中都起到了很大的作用. 在科学研究和实际生产中,经常遇到求积分的计算问题,由积分学知识可知,若函数)(x f 在区间],[b a 连续且原函数为)(x F ,则可用牛顿-莱布尼茨公式 ?-=b a a F b F x f ) ()()( 求得积分.这个公式不论在理论上还是在解决实际问题中都起到了很大的作用.另外,对于求导数也有一系列的求导公式和求导法则.但是,在实际问题中遇到求积分的计算,经常会有这样的情况: (1)函数)(x f 的原函数无法用初等函数给出.例如积分 dx e x ?-1 02 , ? 1 sin dx x x 等,从而无法用牛顿-莱布尼茨公式计算出积分。 (2)函数)(x f 使用表格形式或图形给出,因而无法直接用积分公式或导数公式。 (3)函数)(x f 的原函数或导数值虽然能够求出,但形式过于复杂,不便使用. 由此可见,利用原函数求积分或利用求导法则求导数有它的局限性,所以就有了求解数值积分的很多方法,目前有牛顿—柯特斯公式法,矩形法,梯形法,抛物线法,随机投点法,平均值法,高斯型求积法,龙贝格积分法,李查逊外推算法等等,本文对其中部分方法作一个比较. 2.几何意义上的数值算法 s 在几何上表示以],[b a 为底,以曲线)(x f y =为曲边的曲边梯形的面积A ,因此,计 算s 的近似值也就是A 的近似值,如图1所示.沿着积分区间],[b a ,可以把大的曲边梯形分割成许多小的曲边梯形面积之和.常采用均匀分割,假设],[b a 上等分n 的小区间 ,x 1-i h x i +=b x a x n ==,0,其中n a b h -= 表示小区间的长度. 2.1矩形法

高等数学微积分总结

积 分 整个高数课本,我们一共学习了不定积分,定积分,重积分(二重,三重),曲线积分(两类),曲面积分(两类).在此,我们对 积分总结,比较,以期同学们对积分有一个整体的认识. 一、不定积分 不定积分是微分的逆运算,其计算方法、各种技巧是我们后面各种积分计算的基础,希望同学们熟记积分公式,及各种 方法(两类换元,分部积分,有理函数积分等) 二、定积分 1.定义式: ()b a f x dx ? 2.定义域:一维区间,例如[,]a b 3.性质:见课本P 229-P 232 特殊:若 1f =,则()b a f x dx b a =-?,即区间长度. 4.积分技巧:奇偶对称性. 注意:定积分中积分变量可以任意替换即()()b b a a f x dx f y dy =? ?,而不定积分不具有这种性质. 5.积分方法:与不定积分的方法相同. 6.几何应用: 定积分的几何意义: ()b a f x dx ? 表示以()f x 为顶与x 轴所夹区域面积的代数和(注意如()0f x <,则面积为负); 其他应用:如 ()f x 表示截面积,则积分为体积;平面弧长 (b a f x ? 等. 三、二重积分 1.定义式: (,)xy D f x y d σ ?? 2.定义域:二维平面区域 3.性质:见下册课本P 77 特殊: 若 1f =,则(,)xy D f x y dxdy S =?? ,即S 为xy D 的面积. 4.坐标系: ①直角坐标系: X 型区域,Y 型区域 ②极坐标系:适用范围为圆域或扇形区域,注意坐标转换后不要漏掉r ,积分时一般先确定θ的范围,再确定r 的范围. 5.积分技巧:奇偶对称性(见后),质心; 6.几何应用: 二重积分的几何意义:若(,)0f x y ≥,则(,)xy D f x y dxdy ?? 表示以(,)f x y 为顶以xy D 为底的曲顶柱体体积; 其他应用:求曲面(,)z z x y =的面积xy D ?? 四、三重积分 1.定义式 (,,)f x y z dv Ω??? 2.定义域:三维空间区域; 3.性质:与二重积分类似; 特殊: 若 1f =,则(,,)f x y z dv V Ω =???,其中V 表示Ω的体积. 4.坐标系: ①直角坐标系:投影法,截面法(一般被积函数有一个自变量,而当该变量固定时所得截面 积易求时采用) ②柱坐标系:积分区域为柱形区域,锥形区域,抛物面所围区域时可采用; ③球坐标系:积分区域为球域或与球面相关的区域时,确定自变量范围时,先θ,后?,最后 r . 5.积分技巧:奇偶对称性,变量对称性(见后),质心等. 6.应用: (,,)f x y z 表示密度,则(,,)f x y z dv Ω ???为物体质量.(不考虑几何意义) 五、第一类曲线积分

微积分的基本运算

第4章微积分的基本运算 本章学习的主要目的: 1.复习高等数学中有关函数极限、导数、不定积分、定积分、二重积分、级数、方程近似求解、常微分方程求解的相关知识. 2.通过作图和计算加深对数学概念:极限、导数、积分的理解. 3.学会用MatLab软件进行有关函数极限、导数、不定积分、级数、常微分方程求解的符号运算; 4.了解数值积分理论,学会用MatLab软件进行数值积分;会用级数进行近似计算. 1 有关函数极限计算的MatLab命令 (1)limit(F,x,a) 执行后返回函数F在符号变量x趋于a的极限 (2)limit(F,a) 执行后返回函数F在符号变量findsym(F)趋于a的极限 (3)limit(F) 执行后返回函数F在符号变量findsym(F)趋于0的极限 52

53 (4)limit(F,x,a,’left’) 执行后返回函数F 在符号变量x 趋于a 的左极限 (5)limit(F,x,a,’right’) 执行后返回函数F 在符号变量x 趋于a 的右极限 注:使用命令limit 前,要用syms 做相应符号变量说明. 例7 求下列极限 (1)42 20 x cos lim x e x x -→- 在MatLab 的命令窗口输入: syms x limit((cos(x)-exp(-x^2/2))/x^4,x,0) 运行结果为 ans =-1/12 理论上用洛必达法则或泰勒公式计算该极限: 方法1 =-+-=---=-- - →- →-→2 2 222 20 x 3 22 x 4 2 20 x 12cos lim 4) (sin lim cos lim x x e e x x x e x x e x x x x x 12112112)2(2 lim 1211cos lim 222 220x 2 2 22220 x -=--+=--++-- →- - →x x x e x x x x x e e x 方法2 4 42 224420x 4 2 20 x ))(2) 2()2(1()(!421lim cos lim x x o x x x o x x x e x x +-+---++-=-→- →

高等数学求极限的常用方法附例题和详解完整版

高等数学求极限的常用 方法附例题和详解 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

高等数学求极限的14种方法 一、极限的定义 1.极限的保号性很重要:设 A x f x x =→)(lim 0 , (i )若A 0>,则有0>δ,使得当δ<-<||00x x 时,0)(>x f ; (ii )若有,0>δ使得当δ<-<||00x x 时,0A ,0)(≥≥则x f 。 2.极限分为函数极限、数列极限,其中函数极限又分为∞→x 时函数的极限和0x x →的极限。要特别注意判定极限是否存在在: (i )数列{}的充要条件收敛于a n x 是它的所有子数列均收敛于a 。常用的是其推论,即 “一个数列收敛于a 的充要条件是其奇子列和偶子列都收敛于a ” (ii ) A x x f x A x f x =+∞ →= -∞ →? =∞ →lim lim lim )()( (iii)A x x x x A x f x x =→=→? =→+ - lim lim lim 0 )( (iv)单调有界准则 (v )两边夹挤准则(夹逼定理/夹逼原理) (vi )柯西收敛准则(不需要掌握)。极限 )(lim 0 x f x x →存在的充分必要条件是: εδεδ<-∈>?>?|)()(|)(,0,021021x f x f x U x x o 时,恒有、使得当 二.解决极限的方法如下:

1.等价无穷小代换。只能在乘除.. 时候使用。例题略。 2.洛必达(L ’hospital )法则(大题目有时候会有暗示要你使用这个方法) 它的使用有严格的使用前提。首先必须是X 趋近,而不是N 趋近,所以面对数列极限时候先要转化成求x 趋近情况下的极限,数列极限的n 当然是趋近于正无穷的,不可能是负无穷。其次,必须是函数的导数要存在,假如告诉f (x )、g (x ),没告诉是否可导,不可直接用洛必达法则。另外,必须是“0比0”或“无穷大比无穷大”,并且注意导数分母不能为0。洛必达法则分为3种情况: (i )“ 00”“∞ ∞ ”时候直接用 (ii)“∞?0”“∞-∞”,应为无穷大和无穷小成倒数的关系,所以无穷大都写成了 无穷小的倒数形式了。通项之后,就能变成(i)中的形式了。即 )(1)()()()(1)()()(x f x g x g x f x g x f x g x f ==或;) ()(1 )(1 )(1 )()(x g x f x f x g x g x f -=- (iii)“00”“∞1”“0∞”对于幂指函数,方法主要是取指数还取对数的方法,即 e x f x g x g x f ) (ln )()()(=,这样就能把幂上的函数移下来了,变成“∞?0”型未定式。 3.泰勒公式(含有x e 的时候,含有正余弦的加减的时候) 12)! 1(!!21+++++++=n x n x x n e n x x x e θ ; cos=221242)! 22(cos )1()!2()1(!4!21+++-+-+-+-m m m m x m x m x x x θ

高等数学笔记

第1章函数 §1 函数的概念 一、区间、邻域 自然数集N整数集Z有理数集Q实数集R 建立数轴后: 建立某一实数集A与数轴上某一区间对应 区间:设有数a,b,a0),则称实数集{x|a?δ

a称为N(a,δ)的中心,δ>0称为邻域N(a,δ)的半径。 去心邻域:把N(a,δ)的中心点a去掉,称为点a的去心邻域,记为N(a^,δ)={x|0<|x?a|<δ}=N(a,δ)?{a} 注:其中,?{a}表示去掉由a这一个数组成的数集。 二、函数概念 例1. 设圆的半径为x(x>0),它的面积A=πx2,当x在(0,+∞)内任取一个数值(记为?x∈(0,+∞))时,由关系式A=πx2就可以确定A的对应数值。 文章来源:https://www.360docs.net/doc/b312079055.html,/ 例2. 设有半径为r的圆,作圆的内接正n边形,每一边对应的圆心角α=2πn,周长S n=n?2r sinπn,当边数n在自然数 集N(n≥3)任取一个数,通过关系式S n=2nr sinπn就有一个S n对应确定数值。 函数定义:设有数集X,Y,f是一个确定的对应法则,对?x∈X,通过对应法则f都有唯一的y∈Y与x对应,记为x→f y,或f(x)=y,则称f为定义在X上的函数。 其中X称为f的定义域,常记为D f。 X——自变量,Y——因变量。 当X遍取X中的一切数时,那么与之对应的y值构成一个数集V f={y|y=f(x),x∈X},称V f为函数f的值域。 文章来源:https://www.360docs.net/doc/b312079055.html,/ 注意: (1)一个函数是由x,y的对应法则f与x的取值范围X所确定的。把“对应法则f”、“定义域”称为函数定义的两个要素。 例如,y=arcsin(x2+2)这个式子,由于x2+2>2,而只有当|x2+2|≤1时,arcsin才有意义,因此这个式子不构成函数关系。又例如,y=ln x2与y=2ln x不是同一个函数,因为定义域不同。而y=ln x2与y=2ln|x|是同一个函数,因为定义域相同。(2)函数的值域是定义域和对应法则共同确定的。 (3)确定函数定义域时,注意:若函数有实际意义,需依据实际问题是否有意义来确定。 若函数不表示某实际问题,则定义域为自变量所能取得的使函数y=f(x)成立的一切实数所组成的数值。 函数的几何意义:设函数y=f(x)定义域为D f,?x∈D f,对应函数值y=f(x)在XOY平面上得到点(x,y),当x遍取D f中一切实数时,就得到点集P={(x,y)|y=f(x),x∈D f}。点集P称为函数y=f(x)的图形。 文章来源:https://www.360docs.net/doc/b312079055.html,/ 三、函数的几个简单性质 1. 函数的有界性 若?M>0,s.t.|f(x)|≤M,x∈I,则称y=f(x)在区间I上有界。否则称f(x)在I上无界。 注:s.t.是“使得,满足于”的意思,I表示某个区间。

微积分入门

序 中国战国时代(公元前7世纪),我国的庄周所着的《庄子》一书的“天下篇”中,记有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”,即老庄哲学中所有的无限可分性和极限思想;公元前4世纪《墨经》中有了有穷、无穷、无限小(最小无内)、无穷大(最大无外)的定义和极限、瞬时等概念。这是朴素的、也是很典型的极限概念。而极限理论便是微分学的基础。 古希腊时期(公元前3世纪),阿基米德用内接正多边形的周长来穷尽圆周长,而求得圆周率愈来愈好的近似值,也用一连串的三角形来填充抛物线的图形,以求得其面积。这是穷尽法的古典例子之一,可以说是积分思想的起源。 17世纪,许多着名的数学家、天文学家、物理学家都为解决上述几类问题作了大量的研究工作,如法国的费马、笛卡尔、罗伯瓦、笛沙格;英国的巴罗、瓦里士;德国的开普勒;意大利的卡瓦列利等人都提出许多很有建树的理论。为微积分的创立做出了贡献。 17世纪下半叶,在前人工作的基础上,英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别在自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工作,虽然这只是十分初步的工作。 19世纪初,法国科学学院的科学家以柯西为首,对微积分的理论进行了认真研究,建立了极限理论,后来又经过德国数学家维尔斯特拉斯进一步的严格化,使极限理论成为了微积分的坚定基础。才使微积分进一步的发展开来。 1874年,德国数学家外尔斯特拉斯构造了一个没有导数的连续函数,即构造了一条没有切线的连续曲线,这与直观概念是矛盾的。它使人们认识到极限概念、连续性、可微性和收敛性对实数系的依赖比人们想象的要深奥得多。外尔斯特拉斯最终完成了对实数系更深刻的性质的理解,使得数学分析完全由实数系导出,脱离了知觉理解和几何直观。 人类对自然的认识永远不会止步,微积分这门学科在现代也一直在发展着,人类认识微积分的水平在不断深化。 ※ 微积分学(Calculus,拉丁语意为用来计数的小石头)是研究极限、微分学、积分学和无穷级数的一个数学分支,并成为了现代大学教育的重要组成部分。历史上,微积分曾经指无穷小的计算。更本质的讲,微积分学是一门研究变化的科学,正如几何学是研究空间的科学一样。 客观世界的一切事物,小至粒子,大至宇宙,始终都在运动和变化着。因此在数学中引入了变量的概念后,就有可能把运动现象用数学来加以描述了。 由于函数概念的产生和运用的加深,也由于科学技术发展的需要,一门新的数学分支就继解析几何之后产生了,这就是微积分学。微积分学这门学科在数学发展中的地位是十分重要的,可以说它是继欧氏几何后,全部数学中的最大的一个创造。 微积分学在科学、经济学和工程学领域被广泛的应用,来解决那些仅依靠代数学不能有效解决的问题。微积分学在代数学、三角学和解析几何学的基础上建立起来,并包括微分学、积分学两大分支。微分学包括求导数的运算,是一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。积分学,包括求积分的运算,为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。微积分学基本定理指出,微分和积分互为逆运算,这也是两种理论被统一成微积分学的原因。我们可以以两者中任意一者为起点来讨论微积分学,但是在教学中,微分学一般会先被引入。在更深的数学领域中,微积分学通常被称为分析学,并被定义为研究函数的科学。 ※ 在高二上学期的数学学习过程中,我们认识了导数和定积分,并开始了对其应用的理解和练习。其实,早在高中物理开始不久后的学习中,我们就接触到了微积分的原型——微元法。同当年的科学家一样,我们也因物理上的应用需要,开始了对微积分学的认识之旅。 借着这次研究性学习的契机,我们就了解一下微积分学的发展历史,认识数学研究对社会发展的重要意义,本着“以史为镜”的态度了解其中波折而有趣的发展历程;并由此拓展自己的知识面,

大学微积分知识点总结

【第五部分】不定积分 1.书本知识(包含一些补充知识) (1)原函数:F ’(x )=f (x ),x ∈I ,则称F (x )是f (x )的一个“原函数”。 (2)若F (x )是f (x )在区间上的一个原函数,则f (x )在区间上的全体函数为F (x )+c (其中c 为常数) (3)基本积分表 c x dx x +?+?=?+???11 1 (α≠1,α为常数) (4)零函数的所有原函数都是c (5)C 代表所有的常数函数 (6)运算法则 []??????±?=?±??=??dx x g dx x f dx x g x f dx x f a dx x f a )()()()()()(②① (7 )[][]c x F dx x x f +=??)()(')(???复合函数的积分: c b x F dx b x f c b ax F a b ax d b ax f a dx b ax f ++=?+++?=+?+?=?+???)()()(1)()(1)(一般地, (9)连续函数一定有原函数,但是有原函数的函数不一定连续,没有原函数的函数一定不连续。 (10)不定积分的计算方法 数乘运算 加减运算 线性运算 (8)

①凑微分法(第一换元法),利用复合函数的求导法则 ②变量代换法(第二换元法),利用一阶微分形式不变性 ③分部积分法: 【解释:一阶微分形式不变性】 释义:函数 对应:y=f(u) 说明: (11)分段函数的积分 例题说明:{}dx x? ?2,1 max (12)在做不定积分问题时,若遇到求三角函数奇次方的积分,最好的方法是将其中的一 (16)隐函数求不定积分 例题说明: (17)三角有理函数积分的万能变换公式 (18)某些无理函数的不定积分 ②欧拉变换 (19)其他形式的不定积分

高等数学求极限的常用方法

高等数学求极限的14种方法 一、极限的定义 1.极限的保号性很重要:设 A x f x x =→)(lim 0 , (i )若A 0>,则有0>δ,使得当δ<-<||00x x 时,0)(>x f ; (ii )若有,0>δ使得当δ<-<||00x x 时,0A ,0)(≥≥则x f 。 2.极限分为函数极限、数列极限,其中函数极限又分为∞→x 时函数的极限和0x x →的极限。要特别注意判定极限是否存在在: (i )数列{} 的充要条件收敛于a n x 是它的所有子数列均收敛于a 。常用的是其推论,即“一个数列收敛于a 的充要条件是其奇子列和偶子列都收敛于a ” (ii )A x x f x A x f x =+∞ →=-∞ →?=∞ →lim lim lim )()( (iii) A x x x x A x f x x =→=→?=→+ - lim lim lim 0 )( (iv)单调有界准则 (v )两边夹挤准则(夹逼定理/夹逼原理) (vi )柯西收敛准则(不需要掌握)。极限 ) (lim 0 x f x x →存在的充分必要条件是: εδεδ<-∈>?>?|)()(|)(,0,021021x f x f x U x x o 时,恒有、使得当 二.解决极限的方法如下: 1.等价无穷小代换。只能在乘除.. 时候使用。例题略。 2.洛必达(L ’hospital )法则(大题目有时候会有暗示要你使用这个方法) 它的使用有严格的使用前提。首先必须是X 趋近,而不是N 趋近,所以面对数列极限时候先要转化成求x 趋近情况下的极限,数列极限的n 当然是趋近于正无穷的,不可能是负无穷。其次,必须是函数的导数要存在,假如告诉f (x )、g (x ),没告诉是否可导,不可直接用洛必达法则。另外,必须是“0比0”或“无穷大比无穷大”,并且注意导数分母不能为0。洛必达法则分为3种情况: (i )“ 00”“∞ ∞ ”时候直接用 (ii)“∞?0”“∞-∞”,应为无穷大和无穷小成倒数的关系,所以无穷大都写成了无穷小的倒数形式了。通 项之后,就能变成(i)中的形式了。即)(1)()()()(1)()()(x f x g x g x f x g x f x g x f ==或;) ()(1 )(1 )(1 )()(x g x f x f x g x g x f -=- (iii)“00”“∞1”“0 ∞”对于幂指函数,方法主要是取指数还取对数的方法,即e x f x g x g x f ) (ln )()()(=, 这样就能把幂上的函数移下来了,变成“∞?0”型未定式。 3.泰勒公式(含有x e 的时候,含有正余弦的加减的时候)

高等数学学习笔记

第一章 代数运算与自然数 主要内容: 1、集合与映射的概念 2、映射及其运算 3、代数系统 4、自然数及其他相关定义 5、归纳法原理与反归纳法的运用 重点掌握 1、由A →B 的单映射σ的定义为:设2121,,,:a a A a A a B A ≠∈∈→若由σ,就推出)()21a a σσ≠(,则称σ为从A 到B 的单映射。 2、由A →B 的满映射σ的定义为:设B ran B A =→)(,:σσ若,则称σ为从A 到B 的满映射。 3、给出一个由整数集合Z 到自然数集合N 的双射:可考虑分段映射,即将定义域分为小于0、等于0、大于0的整数三部分分别给出其象 4、若集合|A|=n ,则集合A →A 的映射共有n n 种。 5、皮阿罗公理中没有前元的元素为1。 6、自然数a 与b 加法的定义中两个条件为①:'1a a =+②:)'('b a b a +=+. 7、自然数a 与b 相乘的定义中两个条件为: ①:a a =?1;②:a b a b a +?=?' 8、自然数a>b 的定义为:如果给定的两个自然数a 与b 存在一个数k,使得a=b+k ,则称a 大于b,b 小于a,记为a>b 或b

12、若A 是有限集合,则A →A 的不同映射个数为:||||A A 。 13、从整数集合Z 到自然数集合N 存在一个单映射。 14、若A 是有限集合,则不存在A 到其真子集合的单映射。 15、若A 为无限集合,则存在A 的真子集合B 使其与A 等价。 16、存在从自然数集合N 到整数集合Z 的一个满映射,但不是单映射。 可考虑将定义域分成奇数、偶数两部分,定义一个与n )1(-有关的映射 17、存在从自然数N 到整数集合Z 的双射。 可考虑分段映射 18、代数系统(+R ,?)与代数系统(R,+)是同构的,其中+R 表示正实数集合,R 表示实数集合,?与+就是通常的实数乘法与加法。 根据同构定义,只需找到一个从(+R ,?)到(R,+)的一一映射,例如lgx 就可以证明上述论述。 19、令+Q 为正有理数集合,若规定 2 b a b a +=⊕,ab b a =? 则: (1){+Q ,⊕}构成代数体系,但不满足结合律。 (2){+Q ,?}不构成代数体系,但满足结合律。 根据代数体系和结合律的定义可得上述论述成立。 20、若在实数集合中规定b a ⊕=a+b-a ×b ,其中+与×是通常的加法与乘法,则⊕满足结合律。 只需证明等式(b a ⊕)⊕c=)(c b a ⊕⊕成立 21、分别利用归纳法与反归纳法可以证明n 个数的算术平均值大于等于这n 个数的几何平均值。 归纳法根据定义易证,在运用反归纳法证明时可先证n=2,4,…,n 2都成立,假设命题对n=k 成立,令,...21k a a a S k k +++= 1 ...1211-+++=--k a a a S k k ,利用12111...---≥k k k a a a S 证之成立

微积分知识点小结

第一章 函数 一、本章提要 基本概念 函数,定义域,单调性,奇偶性,有界性,周期性,分段函数,反函数,复合函数,基本初等函数,初等函数 第二章 极限与连续 一、本章提要 1.基本概念 函数的极限,左极限,右极限,数列的极限,无穷小量,无穷大量,等价无穷小,在一点连续,连续函数,间断点,第一类间断点(可去间断点,跳跃间断点),第二类间断点. 2.基本公式 (1) 1sin lim 0=→口 口口, (2) e )11(lim 0=+→口口口 (口代表同一变量). 3.基本方法 ⑴ 利用函数的连续性求极限; ⑵ 利用四则运算法则求极限; ⑶ 利用两个重要极限求极限; ⑷ 利用无穷小替换定理求极限; ⑸ 利用分子、分母消去共同的非零公因子求0 0形式的极限; ⑹ 利用分子,分母同除以自变量的最高次幂求∞ ∞形式的极限; ⑺ 利用连续函数的函数符号与极限符号可交换次序的特性求极限;

⑻利用“无穷小与有界函数之积仍为无穷小量”求极限. 4.定理 左右极限与极限的关系,单调有界原理,夹逼准则,极限的惟一性,极限的保号性,极限的四则运算法则,极限与无穷小的关系,无穷小的运算性质,无穷小的替换定理,无穷小与无穷大的关系,初等函数的连续性,闭区间上连续函数的性质. 第三章导数与微分 一、本章提要 1.基本概念 瞬时速度,切线,导数,变化率,加速度,高阶导数,线性主部,微分. 2.基本公式 基本导数表,求导法则,微分公式,微分法则,微分近似公式. 3.基本方法 ⑴利用导数定义求导数; ⑵利用导数公式与求导法则求导数; ⑶利用复合函数求导法则求导数; ⑷隐含数微分法; ⑸参数方程微分法; ⑹对数求导法; ⑺利用微分运算法则求微分或导数. 第四章微分学的应用 一、本章提要 1. 基本概念 未定型,极值点,驻点,尖点,可能极值点,极值,最值,曲率,上凹,下凹,拐点,渐近线,水平渐近线,铅直渐近线.

高等数学求极限的14种方法(完整资料).doc

【最新整理,下载后即可编辑】 高等数学求极限的14种方法 一、极限的定义 1.极限的保号性很重要:设 A x f x x =→)(lim 0 , (1)若A 0>,则有0>δ,使得当δ<-<||00x x 时,0)(>x f ; (2)若有,0>δ使得当δ<-<||00x x 时,0A ,0)(≥≥则x f 。 2. 极限分为函数极限、数列极限,其中函数极限又分为∞→x 时函数的极限和0x x →的极限。 要特别注意判定极限是否存在在: (1)数列{}的充要条件收敛于a n x 是它的所有子数列均收敛于a 。常用的是其推论,即 “一个数列收敛于a 的充要条件是其奇子列和偶子列都收敛于a ” (2)A x x f x A x f x =+∞ →=-∞ →?=∞ →lim lim lim )()( (3) A x x x x A x f x x =→=→?=→+ - lim lim lim 0 )( (4) 单调有界准则 (5)两边夹挤准 (夹逼定理/夹逼原理) (6) 柯西收敛准则(不需要掌握)。极限)(lim 0 x f x x →存在的充分必要条件。是: εδεδ<-∈>?>?|)()(|)(,0,021021x f x f x U x x o 时,恒有、使得当 二.解决极限的方法如下: 1.等价无穷小代换。只能在乘除.. 时候使用。例题略。 2.洛必达(L ’hospital )法则(大题目有时候会有暗示要你使用这个方法) 它的使用有严格的使用前提。首先必须是X 趋近,而不是N 趋近,所以面对数列极限时候先要转化成求x 趋近情况下的极限,数列极限的n 当然是趋近于正无穷的,不可能是负无穷。其次,必须是函数的导数要存在,假如告诉f (x )、g (x ),没告诉是否可导,不可直接用洛必达法则。另外,必须是“0比0”或“无穷大比无穷大”,并且注意导数分母不能为0。洛必达法则分为3种情况: (1)“0 0”“∞ ∞”时候直接用 (2)“∞?0”“∞-∞”,应为无穷大和无穷小成倒数的关系,所以无穷大都写成

微积分计算公式

§3-6 常用积分公式表·例题和点评 ⑴ d k x kx c =+? (k 为常数) ⑵1 1 d (1)1 x x x c μ μμμ+≠-= ++? 特别, 2 1 1d x c x x =- +?, 3 223 x x c = +? , x c =? ⑶ 1 d ln ||x x c x =+? ⑷d ln x x a a x c a = +?, 特别, e d e x x x c =+? ⑸sin d cos x x x c =-+? ⑹cos d sin x x x c =+? ⑺ 2 2 1 d csc d cot sin x x x x c x ==-+?? ⑻ 2 2 1 d sec d tan cos x x x x c x ==+?? ⑼arcsin (0)x x c a a =+>?,特别,arcsin x x c =+? ⑽2 2 1 1d arctan (0)x x c a a a a x = +>+?,特别, 21 d arctan 1x x c x =++? ⑾2 2 1 1d ln (0)2a x x c a a a x a x += +>--? 或 2 2 1 1d ln (0)2x a x c a a x a x a -= +>+-? ⑿ tan d ln cos x x x c =-+? ⒀cot d ln sin x x x c =+? ⒁ln csc cot 1csc d d ln tan sin 2x x c x x x x c x ?-+? = =?+?? ? ? ⒂πln sec tan 1 sec d d ln tan cos 24x x c x x x x c x ?++?= =?? ?++ ?????? ?

(完整版)高等数学(下)知识点总结

高等数学(下)知识点 主要公式总结 第八章 空间解析几何与向量代数 1、 二次曲面 1) 椭圆锥面:2 2 222z b y a x =+ 2) 椭球面:122 222 2=++c z b y a x 旋转椭球面:1222222=++c z a y a x 3) 单叶双曲面:122 222 2=-+c z b y a x 双叶双曲面:1222222=--c z b y a x 4) 椭圆抛物面:z b y a x =+2222 双曲抛物面(马鞍面):z b y a x =-22 22 5) 椭圆柱面:1222 2=+b y a x 双曲柱面:122 22=-b y a x 6) 抛物柱面: ay x =2 (二) 平面及其方程 1、 点法式方程: 0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A 法向量:),,(C B A n =ρ ,过点),,(000z y x 2、 一般式方程: 0=+++D Cz By Ax 截距式方程: 1=++c z b y a x 3、 两平面的夹角:),,(1111C B A n =ρ,),,(2222C B A n =ρ , 22 22 22 21 21 2 1 2 12121cos C B A C B A C C B B A A ++?++++= θ ?∏⊥∏21 0212121=++C C B B A A ;?∏∏21// 2 1 2121C C B B A A == 4、 点 ),,(0000z y x P 到平面0=+++D Cz By Ax 的距离: 2 2 2 000C B A D Cz By Ax d +++++= (三) 空间直线及其方程

微积分基本定理 教案

微积分基本定理 一:教学目标 知识与技能目标 通过实例,直观了解微积分基本定理的内容,会用牛顿-莱布尼兹公式求简单的定积分 过程与方法 通过实例探求微分与定积分间的关系,体会微积分基本定理的重要意义 情感态度与价值观 通过微积分基本定理的学习,体会事物间的相互转化、对立统一的辩证关系,培养学生辩证唯物主义观点,提高理性思维能力。 二:教学重难点 重点:通过探究变速直线运动物体的速度与位移的关系,使学生直观了解微积分基 本定理的含义,并能正确运用基本定理计算简单的定积分。 难点:了解微积分基本定理的含义 三:教学过程: 1、知识链接: 定积分的概念: 用定义计算的步骤: 2、合作探究: ⑴导数与积分的关系; 我们讲过用定积分定义计算定积分,但其计算过程比较复杂,所以不是求定积分的一般方法。有没有计算定积分的更直接方法,也是比较一般的方法呢? 下面以变速直线运动中位置函数与速度函数之间的联系为例: 设一物体沿直线作变速运动,在时刻t 时物体所在位置为S(t),速度为v(t)(()v t o ≥), 则物体在时间间隔12[,]T T 内经过的路程可用速度函数表示为2 1()T T v t dt ?。 另一方面,这段路程还可以通过位置函数S (t )在12[,]T T 上的增量12()()S T S T -来表达,即 2 1()T T v t dt ?=12()()S T S T - 而()()S t v t '=。 说出你的发现 ⑵ 微积分基本定理 对于一般函数()f x ,设()()F x f x '=,是否也有 ()()()b a f x dx F b F a =-?? 若上式成立,我们就找到了用()f x 的原函数(即满足()()F x f x '=)的数值差

导数的数值计算方法[文献综述]

毕业论文文献综述 信息与计算科学 导数的数值计算方法 一、 前言部分 导数概念的产生有着直觉的起源,与曲线的切线和运动质点的速度有密切的关系.导数用于描述函数变化率,刻画函数的因变量随自变量变化的快慢程度.比如说,物理上考虑功随时间的变化率(称为功率),化学上考虑反应物的量对时间的变化率(称为反应速度),经济学上考虑生产某种产品的成本随产量的变化率(称为边际成本)等等,这些变化率在数学上都可用导数表示. 导数由于其应用的广泛性,为我们解决所学过的有关函数问题提供了一般性的方法,导数是研究函数的切线、单调性、极值与最值等问题的有力工具;运用它可以简捷地解决一些实际问题,导数的概念是用来研究函数在一点及其附近的局部性质的精确工具,而对于函数在某点附近的性质还可以应用另一种方法来研究,就是通过最为简单的线性函数来逼近,这就是微分的方法.微分学是数学分析的重要组成部分,微分中值定理作为微分学的核心,是沟通导数和函数值之间的桥梁, Rolle 中值定理, Lagrange 中值定理, Cauchy 中值定理, Taylor 公式是微分学的基本定理, 统称为微分学的中值定理,这四个定理作为微分学的基本定理,是研究函数形态的有力工具 ] 1[.在微分学中,函数的导数是通过极限定义的,但 当函数用表格给出时,就不可用定义来求其导数,只能用近似方法求数值导数] 2[.最简单 的数值微分公式是用差商近似地代替微商,常见的有 [3] . ()()() 'f x h f x f x h +-≈ , ()()() 'f x f x h f x h --≈, ()()() '2f x h f x h f x h +--≈ . 需要注意的是微分是非常敏感的问题,数据的微小扰动会使结果产生很大的变化] 4[.

高等数学微积分公式精髓

总论 初等代数从最简单的一元一次方程开始,一方面进而讨论二元及三元的一次方程组,另一方面研究二次以上及可以转化为二次的方程组。沿着这两个方向继续发展,代数在讨论任意多个未知数的一次方程组,也叫线型方程组的同时还研究次数更高的一元方程组。发展到这个阶段,就叫做高等代数。 高等代数是代数学发展到高级阶段的总称,它包括许多分支。现在大学里开设的高等代数,一般包括两部分:线性代数初步、多项式代数。 高等代数在初等代数的基础上研究对象进一步的扩充,引进了许多新的概念以及与通常很不相同的量,比如最基本的有集合、向量和向量空间等。这些量具有和数相类似的运算的特点,不过研究的方法和运算的方法都更加繁复。 集合是具有某种属性的事物的全体;向量是除了具有数值还同时具有方向的量;向量空间也叫线性空间,是由许多向量组成的并且符合某些特定运算的规则的集合。向量空间中的运算对象已经不只是数,而是向量了,其运算性质也由很大的不同了。 高等代数发展简史 代数学的历史告诉我们,在研究高次方程的求解问题上,许多数学家走过了一段颇不平坦的路途,付出了艰辛的劳动。 人们很早就已经知道了一元一次和一元二次方程的求解方法。关于三次方程,我国在公元七世纪,也已经得到了一般的近似解法,这在唐朝数学家王孝通所编的《缉古算经》就有叙述。到了十三世纪,宋代数学家秦九韶再他所著的《数书九章》这部书的“正负开方术”里,充分研究了数字高次方程的求正根法,也就是说,秦九韶那时候以得到了高次方程的一般解法。 在西方,直到十六世纪初的文艺复兴时期,才由有意大利的数学家发现一元三次方程解的公式——卡当公式。 在数学史上,相传这个公式是意大利数学家塔塔里亚首先得到的,后来被米兰地区的数学家卡尔达诺(1501~1576)骗到了这个三次方程的解的公式,并发表在自己的著作里。所以现在人们还是叫这个公式为卡尔达诺公式(或称卡当公式),其实,它应该叫塔塔里亚公式。 三次方程被解出来后,一般的四次方程很快就被意大利的费拉里(1522~1560)解出。这就很自然的促使数学家们继续努力寻求五次及五次以上的高次方程的解法。遗憾的是这个问题虽然耗费了许多数学家的时间和精力,但一直持续了长达三个多世纪,都没有解决。

相关文档
最新文档