卡特兰数
令h(0)=1,h(1)=1,catalan数满足递推式。h(n)= h(0)*h(n-1)+h(1)*h(n-2) + … + h(n-1)h(0) (n>=2)。
也就是说,如果能把公式化成上面这种形式的数,就是卡特兰数。
通项公式:h(n)=C2nnn+1h(n)= \cfrac{C_{2n}^{n}}{n+1}h(n)=n+1C2nn
映射
给定非空集合 X,Y,法则f, 对X中的每个元素x , 都有唯一的y与之对应
定义域 Df
值域 Rf
值域不一定等于Y
函数极限
左极限 右极限
x->x0 极限存在 充分必要条件 左极限 右极限存在 且相等
(x0 可以没有定义,无关极限)
性质
1.函数极限唯一性
2.局部有界性(在某个范围有上下界)
3.局部保号性
函数与数列极限 ({xn}->x0)
无穷小与无穷大
无穷小:趋于0,从正,或者从负 (0是可以做为无穷小的常数定义)
无穷大:正无穷 和负无穷
极限运算法则
定理1. 两个无穷小的和(差)为无穷小。
有限个无穷小的和(差)还是无穷小。
定理2:有界函数与无穷小的乘积是无穷小。(*****)
定理3:lim f(x) = A ,lim g(x) = B, 趋于同一个数或者无穷(极限存在的情况下,有限个)
1.lim[f(x)±g(x)]=limf(x)±limg(x)=A+B\lim[f(x) \pm g(x)] = \lim f(x) \pm \lim g(x) = A + Blim[f(x)±g(x)]=limf(x)±limg(x)=A+B
2.lim[f(x)∗g(x)]=limf(x)∗limg(x)=A∗B\lim[f(x) * g(x)] = \lim f(x) * \lim g(x) = A * Blim[f(x)∗g(x)]=limf(x)∗limg(x)=A∗B
3.limf(x)g(x)=limf(x)limg(x)=AB(B≠0)\lim \dfrac{ f(x)}{ g(x)} = \dfrac{\lim f(x)}{\lim g(x)} = \dfrac{A}{B} (B\neq0)limg(x)f(x)=limg(x)limf(x)=BA(B=0)
定理4:
定理5:如果一个函数 >= 另一个函数 ,f(x) >= g(x) lim f(x) >= lim g(x)
极限存在准则(两个重要极限)
准则1:数列 {xn} {yn} (夹逼准则)
1.存在n0 属于N 使得n > n0 时 yn <= xn<=zn
2.lim yn = a lim zn = a
n->oo n->oo
g(x) <= f(x) <= h(x) limg(x) = A ,limh(x) = A,则 lim f(x) = A;
limx→0sinxx=1\lim\limits_{x\to0}\dfrac{sinx}{x} = 1x→0limxsinx=1
准则2:单调有界数列必有极限。
收敛比有界,有界不一定收敛。
limx→∞(1+1x)x=e\lim\limits_{x\to\infty}(1 + \dfrac{1}{x})^x = ex→∞lim(1+x1)x=e
柯西准则:{xn} 收敛的 充分必要条件 任给x 存在 N ,m>N 时,|xn - xm| < x
无穷小的比较
limβα=0(高阶无穷小)β=o(α)\lim \dfrac{\beta}{\alpha} = 0 (高阶无穷小) \beta = o(\alpha)limαβ=0(高阶无穷小)β=o(α)
limβα=∞(低阶无穷小)\lim \dfrac{\beta}{\alpha} = \infty (低阶无穷小)limαβ=∞(低阶无穷小)
limβα=c≠0(同阶无穷小)\lim \dfrac{\beta}{\alpha} = c \neq 0 (同阶无穷小)limαβ=c=0(同阶无穷小)
limβαk=c≠0(k阶无穷小)\lim \dfrac{\beta}{\alpha^k} = c \neq 0 (k阶无穷小)limαkβ=c=0(k阶无穷小)
limβα=1(等价无穷小)β\lim \dfrac{\beta}{\alpha} = 1 (等价无穷小) \betalimαβ=1(等价无穷小)β ~ α\alphaα
sinx\sin xsinx~xxx
1+xn−1\sqrt[n]{1+x} - 1n1+x−1~1nx\dfrac{1}{n}xn1x
定理1
β与α等价,β=α+o(α)\beta 与 \alpha 等价,\beta = \alpha + o(\alpha)β与α等价,β=α+o(α)
定理2
α∼A,β∼B,且limAB存在,limαβ∼limAB\alpha \sim A ,\beta\sim B,且 \lim \frac{A}{B}存在,\lim \frac{\alpha}{\beta} \sim \lim \frac{A}{B}α∼A,β∼B,且limBA存在,limβα∼limBA
1.两个无穷小比的极限,分子和分母用等价无穷小替换
2.分子或分母是若干因子的乘积,可对其中一个或几个因子做等价无穷小替换
连续性
limΔx→0Δy=limΔx→0f(x0+Δx)−f(x0)\lim\limits_{\Delta x \rightarrow 0} \Delta y = \lim\limits_{\Delta x \rightarrow 0} {f(x_0 + \Delta x) - f(x_0)}Δx→0limΔy=Δx→0limf(x0+Δx)−f(x0)
limΔx→0f(x0+Δx)=f(x0)\lim\limits_{\Delta x \rightarrow 0} {f(x_0 + \Delta x)} = f(x_0)Δx→0limf(x0+Δx)=f(x0)
limx→x0f(x)=f(x0)\lim\limits_{x \rightarrow x_0} f(x)= f(x_0)x→x0limf(x)=f(x0)
连续条件
1.在x0处 有极限
2.在x0处 有定义
3.极限值 = 函数值
左连续:
limx→x−f(x)=f(x0)\lim\limits_{x \rightarrow x^-} f(x) = f(x_0)x→x−limf(x)=f(x0)
右连续:
limx→x+f(x)=f(x0)\lim\limits_{x \rightarrow x^+} f(x) = f(x_0)x→x+limf(x)=f(x0)
连续的充要条件 左右连续
几何含义:一笔画
cos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ\cos (\alpha + \beta) = \cos \alpha \cos \beta - \sin \alpha \sin \betacos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβ
cos(α−β)=cosαcosβ+sinαsinβ\cos (\alpha - \beta) = \cos \alpha \cos \beta + \sin \alpha \sin \betacos(α−β)=cosαcosβ+sinαsinβ
sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ\sin (\alpha \pm \beta) = \sin \alpha \cos \beta \pm \cos \alpha \sin \betasin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ
sinαcosβ=12[sin(α+β)+sin(α−β)]\sin \alpha \cos \beta = \frac{1}{2}[\sin (\alpha + \beta) + \sin (\alpha -\beta)]sinαcosβ=21[sin(α+β)+sin(α−β)]
cosαcosβ=12[cos(α+β)+cos(α−β)]\cos \alpha \cos \beta = \frac{1}{2}[\cos (\alpha + \beta) + \cos (\alpha - \beta)]cosαcosβ=21[cos(α+β)+cos(α−β)]
sinαsinβ=−12[cos(α+β)−cos(α−β)]\sin \alpha \sin \beta = -\frac{1}{2}[\cos (\alpha + \beta) - \cos (\alpha - \beta)]sinαsinβ=−21[cos(α+β)−cos(α−β)]
sinα+sinβ=2sinα+β2cosα−β2\sin \alpha + \sin \beta = 2\sin {\frac{\alpha + \beta}{2}}\cos{\frac{\alpha - \beta}{2}}sinα+sinβ=2sin2α+βcos2α−β
cosα+cosβ=2cosα+β2cosα−β2\cos \alpha + \cos \beta = 2\cos{\frac{\alpha + \beta}{2}}\cos{\frac{\alpha - \beta}{2}}cosα+cosβ=2cos2α+βcos2α−β
cosα−cosβ=−2sinα+β2sinα−β2\cos \alpha - \cos \beta=-2\sin {\frac{\alpha + \beta}{2}}\sin {\frac{\alpha - \beta}{2}}cosα−cosβ=−2sin2α+βsin2α−β
第一类:左右极限都存在 (可去间断点,跳跃间断点)
第二类:左右极限少一个不存在 (无穷间断点,震荡间断点)
闭区间上连续函数的性质
定理1:有界性与最大值最小值定理
定理2:[a,b]连续f(a),f(a),f(b)异号f(a)f(b)<0,存在ξ,f(ξ)=0。(零点存在定理)[a,b] 连续f(a), f(a) ,f(b) 异号 f(a)f(b) < 0,存在 \xi,f(\xi) = 0。(零点存在定理)[a,b]连续f(a),f(a),f(b)异号f(a)f(b)<0,存在ξ,f(ξ)=0。(零点存在定理)
定理3:f(x)在[a,b]上连续,f(a)=A,f(b)=B,对C(在A与B之间),至少存在一点ξ,f(ξ)=C。f(x) 在 [a,b]上连续,f(a) = A,f(b) = B,对C(在 A与B之间),至少存在一点\xi,f(\xi) = C。f(x)在[a,b]上连续,f(a)=A,f(b)=B,对C(在A与B之间),至少存在一点ξ,f(ξ)=C。(介值定理)
导数
y = f(x) 在x0的邻域内有定义。
1.f(x)=c,f′(x)=0.f(x) = c, f'(x) = 0.f(x)=c,f′(x)=0.
2.f(x)=xn,f′(x)=nxn−1;f(x) = x^n ,f'(x) = nx^{n-1};f(x)=xn,f′(x)=nxn−1;
3.f(x)=sinx,f′(x)=cosx;f(x) = sinx,f'(x) = cosx;f(x)=sinx,f′(x)=cosx;
4.f(x)=cosx,f′(x)=−sinx;f(x) = cosx,f'(x) = -sinx;f(x)=cosx,f′(x)=−sinx;
5.f(x)=ax,f′(x)=axlna;f(x) = a^x,f'(x) = a^x lna;f(x)=ax,f′(x)=axlna;
6.$log_a x ,\frac{1}{x lna}; $
ln′x=1x;ln' x = \frac{1}{x};ln′x=x1;
左导数,右导数
求导法则
(u+v)′=u′+v′(u + v)' = u' + v'(u+v)′=u′+v′
(u−v)′=u′−v′(u - v)' = u' - v'(u−v)′=u′−v′
(uv)′=u′v+uv′(uv)' = u'v + uv'(uv)′=u′v+uv′
(uv)′=(u′v−uv′)(v2)(\frac{u}{v})' = \frac{(u'v - uv')}{(v^2)}(vu)′=(v2)(u′v−uv′)
反函数求导
[f−1(x)]′=1f′(y)[f^{-1}(x)]' = \frac{1}{f'(y)}[f−1(x)]′=f′(y)1
复合函数求导
从外到内分别求导
y=ln(sinx)=1sinxcosx;y = ln(\sin x) = \frac{1}{\sin x}\cos x;y=ln(sinx)=sinx1cosx;
y=xxy = x^xy=xx
y=elnxx=exlnxy =e^{ln {x ^x}} = e^{xlnx}y=elnxx=exlnx
高阶导数
求多次导数 y′,y′′,y′′′,y(4),y(5),...y' ,y'', y''', y^{(4)}, y^{(5)}, ...y′,y′′,y′′′,y(4),y(5),...
4阶以上用数字表示
微分
可微条件 : 可导
dy=f′(x)dx;dy = f'(x)dx;dy=f′(x)dx;
例子:
y=x3,x=2,Δx=0.02y = x^3, x = 2,\Delta x = 0.02y=x3,x=2,Δx=0.02
y′=3x2y' = 3x^2y′=3x2
dy=3x2∣x=2Δx=12Δx=0.24dy = 3x^2|_{x = 2} \Delta x = 12\Delta x = 0.24dy=3x2∣x=2Δx=12Δx=0.24
近视计算
Δy=f(x0+Δx)−f(x0)\Delta y = f(x_0+\Delta x) - f(x_0)Δy=f(x0+Δx)−f(x0)
dy=f′(x0)Δxdy = f^\prime(x_0)\Delta xdy=f′(x0)Δx
dydydy ~ Δy\Delta yΔy
f(x0+Δx)f(x_0+\Delta x)f(x0+Δx) ~ f′(x0)Δx+f(x0)f^\prime(x_0)\Delta x + f(x_0)f′(x0)Δx+f(x0)
x=?Δx=?x = ? \Delta x =?x=?Δx=?
x->0(x趋于0),时
1.(1+x)α1.(1+x)^\alpha1.(1+x)α ~ 1+αx1 + \alpha x1+αx
2.sinx2. sin x2.sinx~ xxx
3.tanx3.tanx3.tanx ~ xxx
4.ex4.e^x4.ex ~ 1+x1 + x1+x
5.ln(1+x)5.ln(1+x)5.ln(1+x) ~ xxx
微分中值定理
费马引理:f(x)在x0处U(x0)有定义,在x0处可导,如f(x)≤f(x0).任意x属于U(x0)则f′(x0)=0.费马引理:f(x) 在x_0处 U(x_0)有定义,在x_0处可导,如f(x) \leq f(x_0).
任意x 属于U(x_0) 则f'(x0) = 0.费马引理:f(x)在x0处U(x0)有定义,在x0处可导,如f(x)≤f(x0).任意x属于U(x0)则f′(x0)=0.
驻点:导数等于0
罗尔定理:
f(x)满足f(x)满足f(x)满足
1.在[a,b]连续.1.在[a,b]连续.1.在[a,b]连续.
2.在(a,b)可导.2.在(a,b)可导.2.在(a,b)可导.
3.f(a)=f(b).3.f(a) = f(b).3.f(a)=f(b).
则∃ξ,∈(a,b),f′(ξ)=0.则 \exists \xi ,\in(a,b) ,f^\prime (\xi) = 0.则∃ξ,∈(a,b),f′(ξ)=0.
拉格朗日中值定理:
1.[a,b]连续.1.[a,b]连续.1.[a,b]连续.
2.(a,b)可导2.(a,b)可导2.(a,b)可导
∃ξ∈(a,b),f(b)−f(a)=f′(ξ)(b−a).\exists\xi \in(a,b) ,f(b) - f(a) = f^\prime(\xi)(b-a).∃ξ∈(a,b),f(b)−f(a)=f′(ξ)(b−a).
柯西中值定理:
1.[a,b]连续1.[a,b]连续1.[a,b]连续
2.(a,b)可导2.(a,b)可导2.(a,b)可导
3.任意x属于(a,b),F′(x)≠03.任意x 属于(a,b),F'(x) \neq 03.任意x属于(a,b),F′(x)=0
∃ξ∈(a,b),f(b)−f(a)F(b)−F(a)=f′(ξ)F′(ξ)\exists\xi \in (a,b),\frac{f(b) - f(a)}{F(b) - F(a)} = \frac{f\prime(\xi)}{F^\prime(\xi)}∃ξ∈(a,b),F(b)−F(a)f(b)−f(a)=F′(ξ)f′(ξ)
洛必达法则
00,∞∞,0∗∞,∞−∞,00,1∞,∞0\frac{0}{0}, \frac{\infty}{\infty}, 0*\infty, \infty-\infty, 0^0, 1^\infty, \infty^000,∞∞,0∗∞,∞−∞,00,1∞,∞0
1.x→a时,f(x)→0,F(x)→0.1.x\to a时, f(x)\to 0 ,F(x)\to0.1.x→a时,f(x)→0,F(x)→0.
2.在a的去心邻域内,f′(x)F′(x)存在,且F′(x)≠0.2.在a的去心邻域内,f^\prime(x) F^\prime(x)存在,且 F^\prime(x) \neq 0.2.在a的去心邻域内,f′(x)F′(x)存在,且F′(x)=0.
3.limx→af′(x)F′(x)存在(或无穷大),3.\lim \limits_{x \to a} \frac{f^\prime(x)}{F^\prime(x) }存在(或无穷大),3.x→alimF′(x)f′(x)存在(或无穷大),
则limx→af(x)F(x)=limx→af′(x)F′(x)则 \lim \limits_{x \to a} \frac{f(x)}{F(x)} = \lim \limits_{x \to a} \frac{f^\prime(x)}{F^\prime(x)}则x→alimF(x)f(x)=x→alimF′(x)f′(x)
1.lim f'(x)/F'(x) 不存在 ,不能用洛必达法则
2.可以多次求导
3.求导后,检查符号条件
4.适当用等价无穷小替换
5.适当提取常数(极限为常数)
泰勒公式
f(x)≈f(x0)+f′(x0)(x−x0)f(x) \approx f(x_0) + f'(x_0)(x-x_0)f(x)≈f(x0)+f′(x0)(x−x0)
Pn(x)=a0+a1(x−x0)+a2(x−x0)2+...+an(x−x0)nP_n(x) = a_0 + a_1(x-x_0) + a_2(x-x_0)^2 + ...+a_n(x-x_0)^nPn(x)=a0+a1(x−x0)+a2(x−x0)2+...+an(x−x0)n
f(x)在x0处有n阶导数,存在x0的一个邻域,使得对于邻域中的一点x,f(x) 在x_0处有n阶导数, 存在 x_0的一个邻域,使得对于邻域中的一点x,f(x)在x0处有n阶导数,存在x0的一个邻域,使得对于邻域中的一点x,
f(x)=f(x0)+f′(x0)1!(x−x0)+f′′(x0)2!(x−x0)2+...f(n)(x0)n!(x−x0)n+Rn(x).(Rn(x)=o((x−x0)n)高阶无穷小)f(x) = f(x_0) + \frac{f'(x_0)}{1!}(x-x_0) + \frac{f''(x_0)}{2!} (x-x_0)^2 + ...\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!} (x-x_0)^n + R_n(x). (R_n(x) = o((x-x_0)^n) 高阶无穷小)f(x)=f(x0)+1!f′(x0)(x−x0)+2!f′′(x0)(x−x0)2+...n!f(n)(x0)(x−x0)n+Rn(x).(Rn(x)=o((x−x0)n)高阶无穷小)
ξ介于x0到x之间\xi 介于 x_0到x之间ξ介于x0到x之间
Rn(x)=f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−x0)n+1.R_n(x) = \frac{f^{(n+1)}(\xi)}{(n+1)!} (x-x_0)^{n+1}.Rn(x)=(n+1)!f(n+1)(ξ)(x−x0)n+1.
泰勒中值
n=0时,f(x)=f′(ξ)(x−x0)+f(x0).f′(ξ)=f(x)−f(x0)x−x0n = 0时, f(x) = f'(\xi)(x-x_0) + f(x_0). f'(\xi) = \frac{f(x) - f(x_0)}{x-x_0}n=0时,f(x)=f′(ξ)(x−x0)+f(x0).f′(ξ)=x−x0f(x)−f(x0)
麦克劳林
x0=0时,f(x)=f(0)+f′(0)1!x+...+f(n)(0)n!xn+f(n+1)(θx)(n+1)!xn+1,(0<θ<1)x_0 = 0时,f(x) = f(0) + \frac{f'(0)}{1!}x + ... + \frac{f^{(n)}(0)}{n!} x^n + \frac{f^{(n+1)}(\theta x)}{(n+1)!} x^{n+1},(0<\theta<1)x0=0时,f(x)=f(0)+1!f′(0)x+...+n!f(n)(0)xn+(n+1)!f(n+1)(θx)xn+1,(0<θ<1)
例子:
ex,求它的带拉格朗日余项的麦克劳林公式e^x,求它的带拉格朗日余项的麦克劳林公式ex,求它的带拉格朗日余项的麦克劳林公式
f′(x)=f′′(x)=⋯=f(n)(x)=ex,f(n+1)(θx)=eθxf'(x) = f''(x)=\dots=f^{(n)}(x)=e^x,f^{(n+1)}(\theta x)=e^{\theta x}f′(x)=f′′(x)=⋯=f(n)(x)=ex,f(n+1)(θx)=eθx
ex=f(0)+f′(0)1!x+...+f(n)(0)n!xn+f(n+1)(θx)(n+1)!xn+1,(0<θ<1)e^x=f(0) + \frac{f'(0)}{1!}x + ... + \frac{f^{(n)}(0)}{n!} x^n + \frac{f^{(n+1)}(\theta x)}{(n+1)!} x^{n+1},(0<\theta<1)ex=f(0)+1!f′(0)x+...+n!f(n)(0)xn+(n+1)!f(n+1)(θx)xn+1,(0<θ<1)
ex=1+11!x+12!x2+⋯+1n!xn+1(n+1)!eθxxn+1e^x=1 +\frac{1}{1!}x+\frac{1}{2!}x^2+\dots+\frac{1}{n!}x^n+\frac{1}{(n+1)!}e^{\theta x}x^{n+1}ex=1+1!1x+2!1x2+⋯+n!1xn+(n+1)!1eθxxn+1
ex−1e^x-1ex−1~xxx 就是忽略高阶无穷小
单调性(一阶导数有关)
x1>x2,f′(ξ)=f(x1)−f(x2)x1−x2x1 > x2,
f'(\xi) = \frac{f(x_1) - f(x_2)}{x_1 - x_2}
x1>x2,f′(ξ)=x1−x2f(x1)−f(x2)
凸凹性
定义:x1,x2.定义:x_1,x_2.定义:x1,x2.
凹:f(x1+x22)<f(x1)+f(x2)2凹: f(\frac{x_1+x_2}{2})< \frac{f(x_1) + f(x_2)}{2}凹:f(2x1+x2)<2f(x1)+f(x2)
凸:相反凸:相反凸:相反
f′′(x)>0凹f''(x) > 0 凹f′′(x)>0凹
f′′(x)<0凸f''(x) < 0 凸f′′(x)<0凸
二元一次方程求根公式
x=−b±b2−4ac2ax=\frac{-b \pm \sqrt[]{b^2-4ac}}{2a}x=2a−b±b2−4ac
不定积分
定义:F′(x)=f(x)定义:F'(x) = f(x)定义:F′(x)=f(x)
F(x)是f(x)一个原函数F(x) 是f(x)一个原函数F(x)是f(x)一个原函数
导函数与不定积分
原函数存在定理:连续一定有原函数
[F(x)+c]′=f(x)[F(x) + c]' = f(x)[F(x)+c]′=f(x)
∫f(x)dx=F(x)+c\int f(x)dx = F(x) + c∫f(x)dx=F(x)+c
不定积分性质:
1.∫[f(x)±g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx1.\int {[f(x) \pm g(x)]dx} = \int f(x)dx \pm \int g(x)dx1.∫[f(x)±g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx
2.∫kf(x)dx=k∫f(x)dx2.\int {kf(x)dx} = k\int {f(x)dx}2.∫kf(x)dx=k∫f(x)dx
多项式除法
∫2x4+x2+3x2+1dx\int {\frac{2x^4 + x^2 + 3}{x^2 + 1}dx}∫x2+12x4+x2+3dx
2x4+0x3+x2+0x+3x2+1\sqrt[x^2+1]{2x^4+0x^3+x^2+0x + 3}x2+12x4+0x3+x2+0x+3
依次消除最高指数项,商为倍数,余数保留
∫2x4+x2+3x2+1dx=∫(2x2−1+4x2+1)dx\int {\frac{2x^4 + x^2 + 3}{x^2 + 1}dx} = \int {(2x^2-1+\frac{4}{x^2+1})dx}∫x2+12x4+x2+3dx=∫(2x2−1+x2+14)dx
第一类换元积分法(凑)
∫1dF(u)=F(u)+C\int 1 dF(u) = F(u) + C∫1dF(u)=F(u)+C
第二类换元积分法()
分部积分
∫udv=uv−∫vdu\int udv = uv - \int vdu∫udv=uv−∫vdu
谁放在d的后面,向d后面拿,优先级
1.exe^xex
2.sinxcosx\sin x \cos xsinxcosx
3.xnx^nxn
定积分
1.求面积
定义:
f(x)在[a,b]上有界,在[a,b]上任意插入分点,分成n个小区间,Δx1…Δxn,f(x)在[a,b]上有界,在[a,b]上任意插入分点,分成n个小区间,\Delta x_1 \dots \Delta x_n,f(x)在[a,b]上有界,在[a,b]上任意插入分点,分成n个小区间,Δx1…Δxn,
任取一点ξ,λ=max(Δx1...Δxn).任取一点 \xi, \lambda = max(\Delta x_1 ... \Delta x_n).任取一点ξ,λ=max(Δx1...Δxn).
∫abf(x)dx=limλ→0∑1nΔxif(ξi)\int_a^b {f(x)dx} = \lim \limits_{\lambda \to 0} \sum_1^n {\Delta x_i f(\xi _i)}∫abf(x)dx=λ→0lim∑1nΔxif(ξi)
∑1ni2=n(n+1)(2n+1)6\sum_1^n{i^2} = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}∑1ni2=6n(n+1)(2n+1)
定理1: 只要连续,可积
定理2: 有界,有限个间断点,可积
几何意义
1.f(x)≥0f(x) \geq 0f(x)≥0
2.f(x)≤0,定积分是负的,Δxi≥0f(x) \leq 0, 定积分是负的,\Delta x_i \geq 0f(x)≤0,定积分是负的,Δxi≥0
3.f(x)有≥0,有≤0,结果不确定,正积分+负积分f(x)有 \geq 0,有 \leq 0,结果不确定,正积分 + 负积分f(x)有≥0,有≤0,结果不确定,正积分+负积分
1.矩形法
2.梯形法
3.抛物线法
y=px2+qx+ry = px^2+qx +ry=px2+qx+r
定积分性质:
1.b=a.∫aaf(x)=0b = a.\int_a^a f(x) = 0b=a.∫aaf(x)=0
2.∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx\int_a^b {f(x)dx} = -\int_b^a{f(x)dx}∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx
性质1:∫ab(αf(x)+βg(x))dx=α∫abf(x)dx+β∫abg(x)dx.\int _a^b {(\alpha f(x)+ \beta g(x) )dx} =\alpha \int_a^b {f(x)dx} + \beta \int_a^b{g(x)dx}.∫ab(αf(x)+βg(x))dx=α∫abf(x)dx+β∫abg(x)dx.
性质2:a<<b,∫abf(x)dx=∫acf(x)dx+∫cbf(x)dxa<<b ,\int_a^b{f(x)dx} = \int _a^c{f(x)dx} +\int _c^b {f(x)dx}a<<b,∫abf(x)dx=∫acf(x)dx+∫cbf(x)dx
性质3: f(x)≡1.∫ab1dx=b−af(x) \equiv 1. \int _a^b {1dx}=b-af(x)≡1.∫ab1dx=b−a
∫abkdx=k(b−a)\int _a^b {kdx} = k(b-a)∫abkdx=k(b−a)
性质4:
f(x)≥0.∫abf(x)dx≥0f(x) \geq 0. \int_a^b {f(x)dx} \geq 0f(x)≥0.∫abf(x)dx≥0
f(x)≤0.∫abf(x)dx≤0f(x) \leq0. \int_a^b {f(x)dx} \leq 0f(x)≤0.∫abf(x)dx≤0
推论1:
f(x)≤g(x).∫abf(x)dx≤∫abg(x)dxf(x) \leq g(x). \int _a^b{f(x)dx} \leq \int _a^b{g(x)dx}f(x)≤g(x).∫abf(x)dx≤∫abg(x)dx
g(x)−f(x)≥0.∫ab[g(x)−f(x)]≥0g(x) - f(x) \geq 0. \int_a^b {[g(x) - f(x)]} \geq 0g(x)−f(x)≥0.∫ab[g(x)−f(x)]≥0
推论2:
∣∫abf(x)dx∣≤∫ab∣f(x)∣dx\left| \int_a^b{f(x)dx} \right| \leq \int_a^b{|f(x)|dx}∣∣∣∫abf(x)dx∣∣∣≤∫ab∣f(x)∣dx
−∣f(x)∣≤f(x)≤∣f(x)∣-|f(x)| \leq f(x) \leq |f(x)|−∣f(x)∣≤f(x)≤∣f(x)∣
−∫ab∣f(x)∣dx≤∫abf(x)dx≤∫ab∣f(x)∣dx-\int_a^b{|f(x)|dx} \leq \int_a^b {f(x)dx} \leq \int_a^b {|f(x)|dx}−∫ab∣f(x)∣dx≤∫abf(x)dx≤∫ab∣f(x)∣dx
性质5:
M,m,分别为最大,最小值。
m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a)m(b-a) \leq \int_a^b{f(x)dx}\leq M(b-a)m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a)
性质6:定积分中值定理: f(x) 连续 .
存在ξ∈[a,b],∫abf(x)dx=f(ξ)(b−a).存在 \xi \in[a,b], \int_a^b {f(x)dx} =f(\xi)(b-a).存在ξ∈[a,b],∫abf(x)dx=f(ξ)(b−a).
m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a)m(b-a) \leq \int_a^b{f(x)dx}\leq M(b-a)m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a)
m≤1b−a∫abf(x)dx≤Mm \leq \frac{1}{b-a}\int_a^b{f(x)dx} \leq Mm≤b−a1∫abf(x)dx≤M
f(ξ)=1b−a∫abf(x)dx.f(\xi) = \frac{1}{b-a}\int_a^b{f(x)dx}.f(ξ)=b−a1∫abf(x)dx. (平均值)
积分上限函数
Φ(x)=∫axf(t)dt\Phi(x)=\int_a^x{f(t)dt}Φ(x)=∫axf(t)dt
定理1:
Φ′(x)=ddx∫axf(t)dt=f(x)\Phi^ \prime (x) = \frac{d}{dx} \int_a^x {f(t)dt} = f(x)Φ′(x)=dxd∫axf(t)dt=f(x)
定理2:
Φ(x)=∫axf(t)dt是f(x)的一个原函数\Phi (x) = \int_a^x {f(t)dt} 是f(x)的一个原函数Φ(x)=∫axf(t)dt是f(x)的一个原函数
[∫φ(x)ϕ(x)f(t)dt]=f(ϕ(x))ϕ′(x)−f(φ(x))φ′(x)[\int_{\varphi(x)}^{\phi (x)} {f(t)dt}] = f(\phi(x)) \phi ^ \prime (x) - f(\varphi (x)) \varphi ^\prime (x)[∫φ(x)ϕ(x)f(t)dt]=f(ϕ(x))ϕ′(x)−f(φ(x))φ′(x)
牛顿-莱布尼茨公式
∫abf(x)dx=F(x)∣ab=F(b)−F(a)\int _a^b {f(x)dx} = F(x)|_a^b =F(b) - F(a)∫abf(x)dx=F(x)∣ab=F(b)−F(a)
换元
x=ϕ(x)x = \phi (x)x=ϕ(x)
ϕ(α)=a,ϕ(β)=b\phi (\alpha) = a, \phi (\beta) = bϕ(α)=a,ϕ(β)=b
∫abf(x)dx=∫αβf(ϕ(x))ϕ(x)dt\int _a^b f(x)dx = \int _{\alpha}^{\beta} {f(\phi(x)) \phi(x)dt}∫abf(x)dx=∫αβf(ϕ(x))ϕ(x)dt
分部积分
∫abudv=uv∣ab−∫abvdu\int _a^b {udv} = uv|_a^b - \int _a^b {vdu}∫abudv=uv∣ab−∫abvdu
反常积分
1.无穷限的反常积分
∫a+∞f(x)dx=limt−>+∞∫atf(x)dx\int _a^{+\infty} {f(x)dx}= \lim \limits_{t->+ \infty} \int _a^t {f(x)dx}∫a+∞f(x)dx=t−>+∞lim∫atf(x)dx
∫−∞bf(x)dx=limt−>−∞∫tbf(x)dx\int _{-\infty}^{b} {f(x)dx}= \lim \limits_{t->- \infty} \int _t^b {f(x)dx}∫−∞bf(x)dx=t−>−∞lim∫tbf(x)dx
∫−∞+∞f(x)dx=∫−∞0f(x)dx+∫0+∞f(x)dx\int _{-\infty}^{+\infty} {f(x)dx}=\int _{-\infty}^{0} {f(x)dx} + \int _0^{+\infty} {f(x)dx}∫−∞+∞f(x)dx=∫−∞0f(x)dx+∫0+∞f(x)dx
∫a+∞f(x)dx=F(+∞)−F(a)\int_a^{+\infty} {f(x)dx} = F(+\infty) - F(a)∫a+∞f(x)dx=F(+∞)−F(a)
∫−∞bf(x)dx=F(b)−F(−∞)\int _{-\infty}^{b} {f(x)dx} = F(b) - F(-\infty)∫−∞bf(x)dx=F(b)−F(−∞)
∫−∞+∞f(x)dx=F(x)∣−∞+∞\int _{-\infty}^{+\infty} {f(x)dx} = F(x)|_{-\infty}^{+\infty}∫−∞+∞f(x)dx=F(x)∣−∞+∞
无界函数的反常积分(瑕积分)
瑕点
Γ\GammaΓ函数
Γ(s)=∫0+∞e−xxs−1dx.(s>0)\Gamma(s) = \int_0^{+\infty} {e^{-x}x^{s-1}dx}.(s>0)Γ(s)=∫0+∞e−xxs−1dx.(s>0)
1.Γ(s+1)=sΓ(s)\Gamma(s+1)=s\Gamma (s)Γ(s+1)=sΓ(s)
微分方程
含有导数 阶
通阶:含常数的个数 = 阶
可分离变量
y在等号一边 , x在等号一边
∫g(y)dy=∫f(x)dx\int {g(y) dy} = \int {f(x)dx}∫g(y)dy=∫f(x)dx
齐次方程
yx整体出现\frac{y}{x} 整体出现xy整体出现
dydx=1+(yx)21−2(yx)2\frac{dy}{dx} = \frac{1+(\frac{y}{x})^2}{1 - 2(\frac{y}{x})^2}dxdy=1−2(xy)21+(xy)2
dydx=ϕ(yx)\frac{dy}{dx} = \phi {(\frac{y}{x})}dxdy=ϕ(xy)
1.u=yx.1. u = \frac{y}{x}.1.u=xy.
2.y=xu.2.y = xu .2.y=xu.
3.dydx=u+xdudx.3. \frac{dy}{dx} = u + x{\frac{du}{dx}}.3.dxdy=u+xdxdu.
可化为齐次的方程
dydx=ax+by+ca1x+b1y+c1\frac{dy}{dx} = \frac{ax+by+c}{a_1x+b_1y+c_1}dxdy=a1x+b1y+c1ax+by+c
x = X + h
y = Y + k
dYdX=aX+bY+ah+bk+ca1X+b1Y+a1h+b1k+c1\frac{dY}{dX} = \frac{aX+bY + ah + bk + c}{a_1X+b_1Y+ a_1h + b_1k +c_1}dXdY=a1X+b1Y+a1h+b1k+c1aX+bY+ah+bk+c
{ah+bk+c=0a1h+b1k+c1=0\begin{cases} ah + bk + c = 0\\ a_1h+b_1k + c_1 = 0\\ \end{cases}{ah+bk+c=0a1h+b1k+c1=0
a1a≠b1b\frac{a_1}{a} \neq \frac{b_1}{b}aa1=bb1
一阶线性微分方程
dydx+p(x)y=Q(x)\frac{dy}{dx}+p(x)y=Q(x)dxdy+p(x)y=Q(x)
{Q(x)≡0.齐次,dyy=−p(x)dx⇒lny=−∫p(x)dx+c1⇒y=ce−∫p(x)dx\begin{cases}
Q(x)\equiv0.齐次,\frac{dy}{y}=-p(x)dx\Rightarrow \ln y = - \int {p(x)dx} + c_1 \Rightarrow y = ce^{-\int {p(x)dx}}
\end{cases}{Q(x)≡0.齐次,ydy=−p(x)dx⇒lny=−∫p(x)dx+c1⇒y=ce−∫p(x)dx
y=e−∫p(x)dx(∫Q(x)e∫p(x)dxdx+c)y = e^{-\int {p(x)dx}} (\int {Q(x)} e^{\int {p(x)dx}}dx + c)y=e−∫p(x)dx(∫Q(x)e∫p(x)dxdx+c)
伯努利方程
dydx+p(x)y=Q(x)yn\frac{dy}{dx}+p(x)y=Q(x)y^ndxdy+p(x)y=Q(x)yn
可降阶的高阶微分方程
y(n)=f(x)y^{(n)}=f(x)y(n)=f(x)
常系数齐次线性微分方程
二阶
y′′+py′+qy=0y^{\prime \prime} + py^{\prime} + qy = 0y′′+py′+qy=0
r2+pr+q=0r^2+pr+q=0r2+pr+q=0
1.Δ=p2−4q>0,y=c1er1x+c2er2x1.\Delta = p^2 - 4q > 0 ,y = c_1e^{r^1x}+c_2e^{r_2x}1.Δ=p2−4q>0,y=c1er1x+c2er2x
2.Δ=p2−4q=0,y=(c1+c2x)er1x2.\Delta = p^2 - 4q = 0 ,y = (c_1 + c_2x)e^{r^1x}2.Δ=p2−4q=0,y=(c1+c2x)er1x
1.Δ=p2−4q<0,r1=α+βi,r2=α−βi1.\Delta = p^2 - 4q < 0 ,r_1 = \alpha + \beta i,r_2 = \alpha - \beta i1.Δ=p2−4q<0,r1=α+βi,r2=α−βi
y=eαx(c1cosβx+c2sinβx)y = e^{\alpha x} (c_1\cos \beta x + c_2 \sin \beta x)y=eαx(c1cosβx+c2sinβx)
向量
大小,方向,不管起点
模 长度 ∣A⃗∣|\vec A|∣A∣
长度等于1 单位向量
长度等于0 零向量
夹角 (0≤ ≤π0 \leq \ \leq \pi0≤ ≤π)
平行(共线) 同方向或反方向
a // b
向量的线性运算
1.加法 c = a + b
三角形法则
a+b = b+a
2.减法 b-a=b+(-a)
3.∣λα∣=∣λ∣∣α∣|\lambda \alpha|=|\lambda||\alpha|∣λα∣=∣λ∣∣α∣
(λ+μ)a=λa+μa(\lambda + \mu)a=\lambda a + \mu a(λ+μ)a=λa+μa
λ(a+b)=λa+λb\lambda(a+b) = \lambda a + \lambda bλ(a+b)=λa+λb
λ(μa)=μ(λa)\lambda(\mu a) = \mu(\lambda a)λ(μa)=μ(λa)
∣a∣a∣∣=1|\cfrac{a}{|a|}| = 1∣∣a∣a∣=1
空间直角坐标系
右手系准则
单位向量 i,j,k
r=xi+yj+zk,(x,y,z)r=xi+yj+zk,(x,y,z)r=xi+yj+zk,(x,y,z)
向量平行
b=λa,⟹axbx=ayby=azbzb = \lambda a,\Longrightarrow \cfrac{a_x}{b_x} = \cfrac{a_y}{b_y}=\cfrac{a_z}{b_z}b=λa,⟹bxax=byay=bzaz
以向量为元(未知数)的线性方程
{5x−3y=a3x−2y=b\begin{cases}
5x-3y=a\\
3x-2y=b
\end{cases}{5x−3y=a3x−2y=b
a=(2,1,2),b=(-1,1,-2)
{x=2a−3b=(7,−1,10)y=3a−5b=3(2,1,2)−5(−1,1,−2)=(11,−2,16)\begin{cases}
x=2a-3b=(7,-1,10)
y=3a-5b=3(2,1,2)-5(-1,1,-2)=(11,-2,16)
\end{cases}{x=2a−3b=(7,−1,10)y=3a−5b=3(2,1,2)−5(−1,1,−2)=(11,−2,16)
(x,y,z)既可以表示点,也可以表示向量
r=(x,y,z)
∣r∣=x2+y2+z2|r|=\sqrt{x^2+y^2+z^2}∣r∣=x2+y2+z2
两点距离公式
∣AB∣=(x1−x2)2+(y1−y2)2+(z1−z2)2|AB| =\sqrt{(x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2+(z_1-z_2)^2}∣AB∣=(x1−x2)2+(y1−y2)2+(z1−z2)2
AB→=OB→−OA→\overrightarrow {AB} = \overrightarrow {OB} - \overrightarrow {OA}AB=OB−OA
方向角、方向余弦
方向余弦
OM→=r=(x,y,z)\overrightarrow {OM}=r=(x,y,z)OM=r=(x,y,z)
cosα=x∣r∣\cos \alpha = \cfrac{x}{|r|}cosα=∣r∣x
cosβ=y∣r∣\cos \beta= \cfrac{y}{|r|}cosβ=∣r∣y
cosγ=z∣r∣\cos \gamma= \cfrac{z}{|r|}cosγ=∣r∣z
(cosα,cosβ,cosγ)=(x∣r∣,y∣r∣,z∣r∣)=1∣r∣r=er(\cos \alpha,\cos \beta,\cos \gamma)=( \cfrac{x}{|r|},\cfrac{y}{|r|},\cfrac{z}{|r|})= \cfrac{1}{|r|} r=e_r(cosα,cosβ,cosγ)=(∣r∣x,∣r∣y,∣r∣z)=∣r∣1r=er
同方向的单位向量
cos2α+cos2β+cos2γ=1\cos^2 \alpha + \cos^2 \beta + \cos^2 \gamma =1cos2α+cos2β+cos2γ=1
投影
数量积(判断垂直)
a⋅b=∣a∣∣b∣cosθ=∣a∣Prjab=∣b∣Pribaa \cdot b = |a||b|\cos \theta=|a|P_{rj_a}b=|b|P_{ri_b}aa⋅b=∣a∣∣b∣cosθ=∣a∣Prjab=∣b∣Priba
1.a⋅b=b⋅aa \cdot b = b \cdot aa⋅b=b⋅a
2.(a+b)⋅c=a⋅c+b⋅c(a+b)\cdot c = a \cdot c + b \cdot c(a+b)⋅c=a⋅c+b⋅c
3.(λa)⋅b=λ(a⋅b)(\lambda a)\cdot b=\lambda (a \cdot b)(λa)⋅b=λ(a⋅b)
a⋅(λb)=λ(a⋅b)a \cdot (\lambda b) = \lambda (a \cdot b)a⋅(λb)=λ(a⋅b)
(λa)⋅(μb)=λμ(a⋅b)(\lambda a)\cdot(\mu b)=\lambda \mu (a \cdot b)(λa)⋅(μb)=λμ(a⋅b)
余弦定理
c2=a2+b2−2abcosθc^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos \thetac2=a2+b2−2abcosθ
向量积(判断平行)
a,b两向量
c=a×bc = a \times bc=a×b
c的模 ∣c∣=∣a∣∣b∣sinθ|c| = |a||b|\sin \theta∣c∣=∣a∣∣b∣sinθ
c的方向: 右手从a向b
1.a×a=0a \times a = 0a×a=0
2.非零向量a,b. a×b=0a \times b = 0a×b=0 ,a //b
1.b×a=−a×bb \times a = - a \times bb×a=−a×b
2.(a+b)×c=a×c+b×c(a+b) \times c=a \times c + b \times c(a+b)×c=a×c+b×c
3.(λa)×b=a×(λb)(\lambda a)\times b=a \times (\lambda b)(λa)×b=a×(λb)
例: a = (2,1,-1) , b = (1,-1,2)
a×b=∣ijk21−11−12∣=i−5j−3ka \times b = \begin{vmatrix}
i & j & k\\
2 & 1 & -1\\
1 & -1 & 2
\end{vmatrix}=i-5j-3ka×b=∣∣∣∣∣∣i21j1−1k−12∣∣∣∣∣∣=i−5j−3k
平面及方程
曲面:点 线 面 体
F(x,y,z) = 0
曲线
平面:法线向量
M0=(x0,y0,z0),法线向量n=(A,B,C)M_0=(x_0,y_0,z_0) ,法线向量n = (A,B,C)M0=(x0,y0,z0),法线向量n=(A,B,C)
A(x−x0)+B(y−y0)+C(z−z0)=0A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z_0)=0A(x−x0)+B(y−y0)+C(z−z0)=0
点法式
平面一般方程
Ax+By+Cz + D = 0
带入解方程
1.D = 0,过原点
2.A = 0,
3.A=B=0
平面的截距式方程
xa+yb+zc=1\cfrac{x}{a} + \cfrac{y}{b} + \cfrac{z}{c} = 1ax+by+cz=1
两平面的夹角(法线的夹角)
取锐角部分
cosθ=∣A1A2+B1B2+C1C2∣A12+B12+C12A22+B22+C22\cos \theta = \cfrac{|A_1A_2+B_1B_2+C_1C_2|}{\sqrt{A_1^2+B_1^2+C_1^2} \sqrt{A_2^2+B_2^2+C_2^2} }cosθ=A12+B12+C12A22+B22+C22∣A1A2+B1B2+C1C2∣
{1.垂直.A1A2+B1B2+C1C2=02.平行或重合.A1A2=B1B2=C1C2\begin{cases} 1.垂直. \quad A_1A_2+B_1B_2+C_1C_2 = 0\\ 2.平行或重合.\quad \cfrac{A_1}{A_2}=\cfrac{B_1}{B_2}=\cfrac{C_1}{C_2} \end{cases}⎩⎨⎧1.垂直.A1A2+B1B2+C1C2=02.平行或重合.A2A1=B2B1=C2C1
空间直线及其方程
1.一般方程
{A1x+B1y+C1z+D=0A2x+B2y+C2z+D=0\begin{cases}
A_1x+B_1y+C_1z+D=0\\
A_2x+B_2y+C_2z+D=0
\end{cases}
{A1x+B1y+C1z+D=0A2x+B2y+C2z+D=0
2.对称式方程,参数式方程
方向向量
两直线的夹角(方向向量的夹角)
直线与平面的夹角(直线与投影的夹角)
空间曲线及其方程
一般方程
{F(x,y,z)=0G(x,y,z)=0\begin{cases}
F(x,y,z)=0\\
G(x,y,z)=0
\end{cases}{F(x,y,z)=0G(x,y,z)=0
参数方程
{x=x(t)y=y(y)z=z(t)\begin{cases}
x=x(t)\\
y=y(y)\\
z=z(t)
\end{cases}⎩⎪⎨⎪⎧x=x(t)y=y(y)z=z(t)
空间曲线在坐标面上投影
旋转曲面
母线,轴