注:本文为 “微积分公式 ” 相关合辑。
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微分和积分数学公式大全
一、极限公式
- 有理函数极限:
lim x → ∞ a 0 x n + a 1 x n − 1 + ⋯ + a n b 0 x m + b 1 x m − 1 + ⋯ + b m = { a 0 b 0 n = m 0 n < m ∞ n > m \lim_{x \to \infty} \frac{a_0 x^n + a_1 x^{n-1} + \cdots + a_n}{b_0 x^m + b_1 x^{m-1} + \cdots + b_m} = \begin{cases} \frac{a_0}{b_0} & n = m \\ 0 & n < m \\ \infty & n > m \end{cases} x→∞limb0xm+b1xm−1+⋯+bma0xn+a1xn−1+⋯+an=⎩ ⎨ ⎧b0a00∞n=mn<mn>m
(其中系数 a 0 , b 0 ≠ 0 a_0, b_0 \neq 0 a0,b0=0)
二、重要极限公式
- lim x → 0 sin x x = 1 \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1 limx→0xsinx=1
- lim x → 0 ( 1 + x ) 1 x = e \lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{1}{x}} = e limx→0(1+x)x1=e
- lim n → ∞ a n = 1 \lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{a} = 1 limn→∞na=1( a > 0 a > 0 a>0)
- lim n → ∞ n n = 1 \lim_{n \to \infty} \sqrt[n]{n} = 1 limn→∞nn=1
- lim x → + ∞ arctan x = π 2 \lim_{x \to +\infty} \arctan x = \frac{\pi}{2} limx→+∞arctanx=2π
- lim x → − ∞ arctan x = − π 2 \lim_{x \to -\infty} \arctan x = -\frac{\pi}{2} limx→−∞arctanx=−2π
- lim x → + ∞ arccot x = 0 \lim_{x \to +\infty} \text{arccot}\, x = 0 limx→+∞arccotx=0
- lim x → − ∞ arccot x = π \lim_{x \to -\infty} \text{arccot}\, x = \pi limx→−∞arccotx=π
- lim x → − ∞ e x = 0 \lim_{x \to -\infty} e^x = 0 limx→−∞ex=0
- lim x → + ∞ e x = ∞ \lim_{x \to +\infty} e^x = \infty limx→+∞ex=∞
- lim x → 0 + x x = 1 \lim_{x \to 0^+} x^x = 1 limx→0+xx=1
三、等价无穷小( x → 0 x \to 0 x→0 时)
(一)一阶等价无穷小(与 x x x 等价)
1. 三角函数及反三角函数
- sin x ∼ x \sin x \sim x sinx∼x
- tan x ∼ x \tan x \sim x tanx∼x
- arcsin x ∼ x \arcsin x \sim x arcsinx∼x
- arctan x ∼ x \arctan x \sim x arctanx∼x
2. 对数与指数函数
- ln ( 1 + x ) ∼ x \ln(1 + x) \sim x ln(1+x)∼x
- e x − 1 ∼ x e^x - 1 \sim x ex−1∼x
- ln ( 1 − x ) ∼ − x \ln(1 - x) \sim -x ln(1−x)∼−x
- e − x − 1 ∼ − x e^{-x} - 1 \sim -x e−x−1∼−x
3. 其他函数
- 1 + x − 1 ∼ 1 2 x \sqrt{1 + x} - 1 \sim \frac{1}{2}x 1+x−1∼21x
- sinh x ∼ x \sinh x \sim x sinhx∼x
- tanh x ∼ x \tanh x \sim x tanhx∼x
- arcsinh x ∼ x \text{arcsinh}\; x \sim x arcsinhx∼x
(二)二阶等价无穷小(与 1 2 x 2 \frac{1}{2}x^2 21x2 等价)
1. 三角函数相关
- 1 − cos x ∼ 1 2 x 2 1 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2 1−cosx∼21x2
(三)含参数的等价无穷小
1. 指数函数一般形式
- a x − 1 ∼ x ln a a^x - 1 \sim x \ln a ax−1∼xlna(其中 a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1)
2. 幂函数近似形式
- ( 1 + x ) α − 1 ∼ α x (1 + x)^\alpha - 1 \sim \alpha x (1+x)α−1∼αx(其中 α \alpha α 为常数)
说明
- 一阶等价无穷小:在 x → 0 x \to 0 x→0 时,这些函数与 x x x 的比值趋于 1。
- 二阶等价无穷小:函数与 1 2 x 2 \frac{1}{2}x^2 21x2 的比值趋于 1。
- 含参数的等价无穷小:函数的等价无穷小关系依赖于参数的值。
四、导数的四则运算法则
- ( u ± v ) ′ = u ′ ± v ′ (u \pm v)' = u' \pm v' (u±v)′=u′±v′
- ( u v ) ′ = u ′ v + u v ′ (uv)' = u'v + uv' (uv)′=u′v+uv′
- ( u v ) ′ = u ′ v − u v ′ v 2 \left( \frac{u}{v} \right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2} (vu)′=v2u′v−uv′( v ≠ 0 v \neq 0 v=0)
五、基本导数公式
| 函数类型 | 函数表达式 | 导数公式 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 常数函数 | c c c | ( c ) ′ = 0 (c)' = 0 (c)′=0 | c c c 为常数 |
| 幂函数 | x μ x^\mu xμ | ( x μ ) ′ = μ x μ − 1 (x^\mu)' = \mu x^{\mu - 1} (xμ)′=μxμ−1 | μ \mu μ 为常数 |
| 三角函数 | sin x \sin x sinx | ( sin x ) ′ = cos x (\sin x)' = \cos x (sinx)′=cosx | - |
| cos x \cos x cosx | ( cos x ) ′ = − sin x (\cos x)' = -\sin x (cosx)′=−sinx | - | |
| tan x \tan x tanx | ( tan x ) ′ = sec 2 x (\tan x)' = \sec^2 x (tanx)′=sec2x | - | |
| cot x \cot x cotx | ( cot x ) ′ = − csc 2 x (\cot x)' = -\csc^2 x (cotx)′=−csc2x | - | |
| sec x \sec x secx | ( sec x ) ′ = sec x ⋅ tan x (\sec x)' = \sec x \cdot \tan x (secx)′=secx⋅tanx | - | |
| csc x \csc x cscx | ( csc x ) ′ = − csc x ⋅ cot x (\csc x)' = -\csc x \cdot \cot x (cscx)′=−cscx⋅cotx | - | |
| 指数函数 | e x e^x ex | ( e x ) ′ = e x (e^x)' = e^x (ex)′=ex | - |
| a x a^x ax | ( a x ) ′ = a x ln a (a^x)' = a^x \ln a (ax)′=axlna | a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1 | |
| 对数函数 | ln x \ln x lnx | ( ln x ) ′ = 1 x (\ln x)' = \frac{1}{x} (lnx)′=x1 | - |
| log a x \log_a x logax | ( log a x ) ′ = 1 x ln a (\log_a x)' = \frac{1}{x \ln a} (logax)′=xlna1 | a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1 | |
| 反三角函数 | arcsin x \arcsin x arcsinx | ( arcsin x ) ′ = 1 1 − x 2 (\arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} (arcsinx)′=1−x21 | ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1 |
| arccos x \arccos x arccosx | ( arccos x ) ′ = − 1 1 − x 2 (\arccos x)' = -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} (arccosx)′=−1−x21 | ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1 | |
| arctan x \arctan x arctanx | ( arctan x ) ′ = 1 1 + x 2 (\arctan x)' = \frac{1}{1 + x^2} (arctanx)′=1+x21 | - | |
| arccot x \text{arccot}\, x arccotx | ( arccot x ) ′ = − 1 1 + x 2 (\text{arccot}\, x)' = -\frac{1}{1 + x^2} (arccotx)′=−1+x21 | - | |
| 其他函数 | x x x | ( x ) ′ = 1 (x)' = 1 (x)′=1 | - |
| x \sqrt{x} x | ( x ) ′ = 1 2 x (\sqrt{x})' = \frac{1}{2\sqrt{x}} (x)′=2x1 | x > 0 x > 0 x>0 |
六、高阶导数的运算法则
- [ u ( x ) ± v ( x ) ] ( n ) = u ( n ) ( x ) ± v ( n ) ( x ) [u(x) \pm v(x)]^{(n)} = u^{(n)}(x) \pm v^{(n)}(x) [u(x)±v(x)](n)=u(n)(x)±v(n)(x)
- [ c u ( x ) ] ( n ) = c u ( n ) ( x ) [cu(x)]^{(n)} = c u^{(n)}(x) [cu(x)](n)=cu(n)(x)( c c c 为常数)
- [ u ( a x + b ) ] ( n ) = a n u ( n ) ( a x + b ) [u(ax + b)]^{(n)} = a^n u^{(n)}(ax + b) [u(ax+b)](n)=anu(n)(ax+b)( a ≠ 0 a \neq 0 a=0)
- 莱布尼茨公式:
[ u ( x ) ⋅ v ( x ) ] ( n ) = ∑ k = 0 n C n k u ( n − k ) ( x ) v ( k ) ( x ) [u(x) \cdot v(x)]^{(n)} = \sum_{k=0}^n \mathrm{C}_n^k u^{(n - k)}(x) v^{(k)}(x) [u(x)⋅v(x)](n)=k=0∑nCnku(n−k)(x)v(k)(x)
(其中 C n k = n ! k ! ( n − k ) ! \mathrm{C}_n^k = \frac{n!}{k!(n - k)!} Cnk=k!(n−k)!n! 为组合数)
七、基本初等函数的 n n n 阶导数公式
- ( x n ) ( n ) = n ! (x^n)^{(n)} = n! (xn)(n)=n!; ( x n ) ( k ) = 0 (x^n)^{(k)} = 0 (xn)(k)=0( k > n k > n k>n)
- ( e a x + b ) ( n ) = a n e a x + b (e^{ax + b})^{(n)} = a^n e^{ax + b} (eax+b)(n)=aneax+b( a ≠ 0 a \neq 0 a=0)
- ( a x ) ( n ) = a x ( ln a ) n (a^x)^{(n)} = a^x (\ln a)^n (ax)(n)=ax(lna)n( a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1)
- [ sin ( a x + b ) ] ( n ) = a n sin ( a x + b + n ⋅ π 2 ) [\sin(ax + b)]^{(n)} = a^n \sin\left(ax + b + n \cdot \frac{\pi}{2}\right) [sin(ax+b)](n)=ansin(ax+b+n⋅2π)( a ≠ 0 a \neq 0 a=0)
- [ cos ( a x + b ) ] ( n ) = a n cos ( a x + b + n ⋅ π 2 ) [\cos(ax + b)]^{(n)} = a^n \cos\left(ax + b + n \cdot \frac{\pi}{2}\right) [cos(ax+b)](n)=ancos(ax+b+n⋅2π)( a ≠ 0 a \neq 0 a=0)
- ( 1 a x + b ) ( n ) = ( − 1 ) n a n ⋅ n ! ( a x + b ) n + 1 \left( \frac{1}{ax + b} \right)^{(n)} = (-1)^n \frac{a^n \cdot n!}{(ax + b)^{n + 1}} (ax+b1)(n)=(−1)n(ax+b)n+1an⋅n!( a ≠ 0 a \neq 0 a=0, a x + b ≠ 0 ax + b \neq 0 ax+b=0)
- [ ln ( a x + b ) ] ( n ) = ( − 1 ) n − 1 a n ⋅ ( n − 1 ) ! ( a x + b ) n [\ln(ax + b)]^{(n)} = (-1)^{n - 1} \frac{a^n \cdot (n - 1)!}{(ax + b)^n} [ln(ax+b)](n)=(−1)n−1(ax+b)nan⋅(n−1)!( a ≠ 0 a \neq 0 a=0, a x + b > 0 ax + b > 0 ax+b>0)
八、微分公式与运算法则
(一)基本微分公式
| 函数类型 | 函数表达式 | 微分公式 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 常数函数 | c c c | d ( c ) = 0 d(c) = 0 d(c)=0 | c c c 为常数 |
| 幂函数 | x μ x^\mu xμ | d ( x μ ) = μ x μ − 1 d x d(x^\mu) = \mu x^{\mu - 1} dx d(xμ)=μxμ−1dx | μ \mu μ 为常数 |
| 三角函数 | sin x \sin x sinx | d ( sin x ) = cos x d x d(\sin x) = \cos x \, dx d(sinx)=cosxdx | - |
| cos x \cos x cosx | d ( cos x ) = − sin x d x d(\cos x) = -\sin x \, dx d(cosx)=−sinxdx | - | |
| tan x \tan x tanx | d ( tan x ) = sec 2 x d x d(\tan x) = \sec^2 x \, dx d(tanx)=sec2xdx | - | |
| cot x \cot x cotx | d ( cot x ) = − csc 2 x d x d(\cot x) = -\csc^2 x \, dx d(cotx)=−csc2xdx | - | |
| sec x \sec x secx | d ( sec x ) = sec x ⋅ tan x d x d(\sec x) = \sec x \cdot \tan x \, dx d(secx)=secx⋅tanxdx | - | |
| csc x \csc x cscx | d ( csc x ) = − csc x ⋅ cot x d x d(\csc x) = -\csc x \cdot \cot x \, dx d(cscx)=−cscx⋅cotxdx | - | |
| 指数函数 | e x e^x ex | d ( e x ) = e x d x d(e^x) = e^x \, dx d(ex)=exdx | - |
| a x a^x ax | d ( a x ) = a x ln a d x d(a^x) = a^x \ln a \, dx d(ax)=axlnadx | a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1 | |
| 对数函数 | ln x \ln x lnx | d ( ln x ) = 1 x d x d(\ln x) = \frac{1}{x} dx d(lnx)=x1dx | x > 0 x > 0 x>0 |
| log a x \log_a x logax | d ( log a x ) = 1 x ln a d x d(\log_a x) = \frac{1}{x \ln a} dx d(logax)=xlna1dx | a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1, x > 0 x > 0 x>0 | |
| 反三角函数 | arcsin x \arcsin x arcsinx | d ( arcsin x ) = 1 1 − x 2 d x d(\arcsin x) = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} dx d(arcsinx)=1−x21dx | ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1 |
| arccos x \arccos x arccosx | d ( arccos x ) = − 1 1 − x 2 d x d(\arccos x) = -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} dx d(arccosx)=−1−x21dx | ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1 | |
| arctan x \arctan x arctanx | d ( arctan x ) = 1 1 + x 2 d x d(\arctan x) = \frac{1}{1 + x^2} dx d(arctanx)=1+x21dx | - | |
| arccot x \text{arccot}\, x arccotx | d ( arccot x ) = − 1 1 + x 2 d x d(\text{arccot}\, x) = -\frac{1}{1 + x^2} dx d(arccotx)=−1+x21dx | - |
(二)微分运算法则
- d ( u ± v ) = d u ± d v d(u \pm v) = du \pm dv d(u±v)=du±dv
- d ( c u ) = c d u d(cu) = c du d(cu)=cdu( c c c 为常数)
- d ( u v ) = v d u + u d v d(uv) = v du + u dv d(uv)=vdu+udv
- d ( u v ) = v d u − u d v v 2 d\left( \frac{u}{v} \right) = \frac{v du - u dv}{v^2} d(vu)=v2vdu−udv( v ≠ 0 v \neq 0 v=0)
九、积分公式与方法
(一)基本积分公式
| 函数类型 | 公式 | 说明 |
|---|---|---|
| 幂函数与常数类 | ∫ k d x = k x + C \int k \, dx = kx + C ∫kdx=kx+C | k k k 为常数 |
| ∫ x μ d x = x μ + 1 μ + 1 + C \int x^\mu \, dx = \frac{x^{\mu + 1}}{\mu + 1} + C ∫xμdx=μ+1xμ+1+C | μ ≠ − 1 \mu \neq -1 μ=−1 | |
| 对数与指数类 | ∫ 1 x d x = ln ∣ x ∣ + C \int \frac{1}{x} dx = \ln|x| + C ∫x1dx=ln∣x∣+C | x ≠ 0 x \neq 0 x=0 |
| ∫ a x d x = a x ln a + C \int a^x \, dx = \frac{a^x}{\ln a} + C ∫axdx=lnaax+C | a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1 | |
| ∫ e x d x = e x + C \int e^x \, dx = e^x + C ∫exdx=ex+C | ||
| 三角函数类 | ∫ cos x d x = sin x + C \int \cos x \, dx = \sin x + C ∫cosxdx=sinx+C | |
| ∫ sin x d x = − cos x + C \int \sin x \, dx = -\cos x + C ∫sinxdx=−cosx+C | ||
| ∫ sec 2 x d x = tan x + C \int \sec^2 x \, dx = \tan x + C ∫sec2xdx=tanx+C | 即 ∫ 1 cos 2 x d x = tan x + C \int \frac{1}{\cos^2 x} \, dx = \tan x + C ∫cos2x1dx=tanx+C | |
| ∫ csc 2 x d x = − cot x + C \int \csc^2 x \, dx = -\cot x + C ∫csc2xdx=−cotx+C | 即 ∫ 1 sin 2 x d x = − cot x + C \int \frac{1}{\sin^2 x} \, dx = -\cot x + C ∫sin2x1dx=−cotx+C | |
| 反三角函数类 | ∫ 1 1 + x 2 d x = arctan x + C \int \frac{1}{1 + x^2} \, dx = \arctan x + C ∫1+x21dx=arctanx+C | |
| ∫ 1 1 − x 2 d x = arcsin x + C \int \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx = \arcsin x + C ∫1−x21dx=arcsinx+C | ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1 |
(二)常用凑微分公式
| 积分型 | 换元公式 |
|---|---|
| ∫ f ( a x + b ) d x = 1 a ∫ f ( a x + b ) d ( a x + b ) \int f(ax + b) dx = \frac{1}{a} \int f(ax + b) d(ax + b) ∫f(ax+b)dx=a1∫f(ax+b)d(ax+b) | u = a x + b u = ax + b u=ax+b( a ≠ 0 a \neq 0 a=0) |
| ∫ f ( x μ ) x μ − 1 d x = 1 μ ∫ f ( x μ ) d ( x μ ) \int f(x^\mu) x^{\mu - 1} dx = \frac{1}{\mu} \int f(x^\mu) d(x^\mu) ∫f(xμ)xμ−1dx=μ1∫f(xμ)d(xμ) | u = x μ u = x^\mu u=xμ( μ ≠ 0 \mu \neq 0 μ=0) |
| ∫ f ( ln x ) ⋅ 1 x d x = ∫ f ( ln x ) d ( ln x ) \int f(\ln x) \cdot \frac{1}{x} dx = \int f(\ln x) d(\ln x) ∫f(lnx)⋅x1dx=∫f(lnx)d(lnx) | u = ln x u = \ln x u=lnx |
| ∫ f ( e x ) ⋅ e x d x = ∫ f ( e x ) d ( e x ) \int f(e^x) \cdot e^x dx = \int f(e^x) d(e^x) ∫f(ex)⋅exdx=∫f(ex)d(ex) | u = e x u = e^x u=ex |
| ∫ f ( a x ) ⋅ a x d x = 1 ln a ∫ f ( a x ) d ( a x ) \int f(a^x) \cdot a^x dx = \frac{1}{\ln a} \int f(a^x) d(a^x) ∫f(ax)⋅axdx=lna1∫f(ax)d(ax) | u = a x u = a^x u=ax( a > 0 a > 0 a>0 且 a ≠ 1 a \neq 1 a=1) |
| ∫ f ( sin x ) ⋅ cos x d x = ∫ f ( sin x ) d ( sin x ) \int f(\sin x) \cdot \cos x dx = \int f(\sin x) d(\sin x) ∫f(sinx)⋅cosxdx=∫f(sinx)d(sinx) | u = sin x u = \sin x u=sinx |
| ∫ f ( cos x ) ⋅ sin x d x = − ∫ f ( cos x ) d ( cos x ) \int f(\cos x) \cdot \sin x dx = -\int f(\cos x) d(\cos x) ∫f(cosx)⋅sinxdx=−∫f(cosx)d(cosx) | u = cos x u = \cos x u=cosx |
| ∫ f ( tan x ) ⋅ sec 2 x d x = ∫ f ( tan x ) d ( tan x ) \int f(\tan x) \cdot \sec^2 x dx = \int f(\tan x) d(\tan x) ∫f(tanx)⋅sec2xdx=∫f(tanx)d(tanx) | u = tan x u = \tan x u=tanx |
| ∫ f ( cot x ) ⋅ csc 2 x d x = − ∫ f ( cot x ) d ( cot x ) \int f(\cot x) \cdot \csc^2 x dx = -\int f(\cot x) d(\cot x) ∫f(cotx)⋅csc2xdx=−∫f(cotx)d(cotx) | u = cot x u = \cot x u=cotx |
| ∫ f ( arctan x ) ⋅ 1 1 + x 2 d x = ∫ f ( arctan x ) d ( arctan x ) \int f(\arctan x) \cdot \frac{1}{1 + x^2} dx = \int f(\arctan x) d(\arctan x) ∫f(arctanx)⋅1+x21dx=∫f(arctanx)d(arctanx) | u = arctan x u = \arctan x u=arctanx |
| ∫ f ( arcsin x ) ⋅ 1 1 − x 2 d x = ∫ f ( arcsin x ) d ( arcsin x ) \int f(\arcsin x) \cdot \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} dx = \int f(\arcsin x) d(\arcsin x) ∫f(arcsinx)⋅1−x21dx=∫f(arcsinx)d(arcsinx) | u = arcsin x u = \arcsin x u=arcsinx( ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣x∣<1) |
(三)补充积分公式
- ∫ tan x d x = − ln ∣ cos x ∣ + C \int \tan x dx = -\ln|\cos x| + C ∫tanxdx=−ln∣cosx∣+C
- ∫ cot x d x = ln ∣ sin x ∣ + C \int \cot x dx = \ln|\sin x| + C ∫cotxdx=ln∣sinx∣+C
- ∫ sec x d x = ln ∣ sec x + tan x ∣ + C \int \sec x dx = \ln|\sec x + \tan x| + C ∫secxdx=ln∣secx+tanx∣+C
- ∫ csc x d x = ln ∣ csc x − cot x ∣ + C \int \csc x dx = \ln|\csc x - \cot x| + C ∫cscxdx=ln∣cscx−cotx∣+C
- ∫ 1 a 2 + x 2 d x = 1 a arctan x a + C \int \frac{1}{a^2 + x^2} dx = \frac{1}{a} \arctan \frac{x}{a} + C ∫a2+x21dx=a1arctanax+C( a ≠ 0 a \neq 0 a=0)
- ∫ 1 x 2 − a 2 d x = 1 2 a ln ∣ x − a x + a ∣ + C \int \frac{1}{x^2 - a^2} dx = \frac{1}{2a} \ln\left| \frac{x - a}{x + a} \right| + C ∫x2−a21dx=2a1ln x+ax−a +C( a ≠ 0 a \neq 0 a=0, ∣ x ∣ ≠ a |x| \neq a ∣x∣=a)
- ∫ 1 a 2 − x 2 d x = arcsin x a + C \int \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} dx = \arcsin \frac{x}{a} + C ∫a2−x21dx=arcsinax+C( a > 0 a > 0 a>0, ∣ x ∣ < a |x| < a ∣x∣<a)
- ∫ 1 x 2 ± a 2 d x = ln ∣ x + x 2 ± a 2 ∣ + C \int \frac{1}{\sqrt{x^2 \pm a^2}} dx = \ln\left| x + \sqrt{x^2 \pm a^2} \right| + C ∫x2±a21dx=ln x+x2±a2 +C( a > 0 a > 0 a>0)
(四)分部积分法公式
- 形如
∫
x
n
e
a
x
d
x
\int x^n e^{ax} dx
∫xneaxdx、
∫
x
n
sin
x
d
x
\int x^n \sin x dx
∫xnsinxdx、
∫
x
n
cos
x
d
x
\int x^n \cos x dx
∫xncosxdx(
n
n
n 为非负整数,
a
≠
0
a \neq 0
a=0):
令 u = x n u = x^n u=xn, d v = e a x d x dv = e^{ax} dx dv=eaxdx(或 sin x d x \sin x dx sinxdx、 cos x d x \cos x dx cosxdx)。 - 形如
∫
x
n
arctan
x
d
x
\int x^n \arctan x dx
∫xnarctanxdx、
∫
x
n
ln
x
d
x
\int x^n \ln x dx
∫xnlnxdx(
n
≠
−
1
n \neq -1
n=−1):
令 u = arctan x u = \arctan x u=arctanx(或 ln x \ln x lnx), d v = x n d x dv = x^n dx dv=xndx。 - 形如
∫
e
a
x
sin
x
d
x
\int e^{ax} \sin x dx
∫eaxsinxdx、
∫
e
a
x
cos
x
d
x
\int e^{ax} \cos x dx
∫eaxcosxdx(
a
≠
0
a \neq 0
a=0):
令 u = e a x u = e^{ax} u=eax 或 u = sin x u = \sin x u=sinx( cos x \cos x cosx)均可,需两次分部积分后解方程。
(五)第二换元积分法(三角换元)
- 含 a 2 − x 2 \sqrt{a^2 - x^2} a2−x2( a > 0 a > 0 a>0):令 x = a sin t x = a \sin t x=asint( ∣ t ∣ < π 2 |t| < \frac{\pi}{2} ∣t∣<2π)
- 含 a 2 + x 2 \sqrt{a^2 + x^2} a2+x2( a > 0 a > 0 a>0):令 x = a tan t x = a \tan t x=atant( ∣ t ∣ < π 2 |t| < \frac{\pi}{2} ∣t∣<2π)
- 含 x 2 − a 2 \sqrt{x^2 - a^2} x2−a2( a > 0 a > 0 a>0):令 x = a sec t x = a \sec t x=asect( t ∈ ( 0 , π 2 ) ∪ ( π 2 , π ) t \in (0, \frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2}, \pi) t∈(0,2π)∪(2π,π))
十、三角函数相关
(一)特殊角的三角函数值
| 角度 | sin \sin sin | cos \cos cos | tan \tan tan | cot \cot cot |
|---|---|---|---|---|
| 0 0 0 | 0 0 0 | 1 1 1 | 0 0 0 | 不存在 |
| π 6 \frac{\pi}{6} 6π | 1 2 \frac{1}{2} 21 | 3 2 \frac{\sqrt{3}}{2} 23 | 3 3 \frac{\sqrt{3}}{3} 33 | 3 \sqrt{3} 3 |
| π 3 \frac{\pi}{3} 3π | 3 2 \frac{\sqrt{3}}{2} 23 | 1 2 \frac{1}{2} 21 | 3 \sqrt{3} 3 | 3 3 \frac{\sqrt{3}}{3} 33 |
| π 2 \frac{\pi}{2} 2π | 1 1 1 | 0 0 0 | 不存在 | 0 0 0 |
| π \pi π | 0 0 0 | − 1 -1 −1 | 0 0 0 | 不存在 |
(二)三角函数公式
-
两角和差公式:
sin ( A + B ) = sin A cos B + cos A sin B sin ( A − B ) = sin A cos B − cos A sin B cos ( A + B ) = cos A cos B − sin A sin B cos ( A − B ) = cos A cos B + sin A sin B tan ( A + B ) = tan A + tan B 1 − tan A tan B tan ( A − B ) = tan A − tan B 1 + tan A tan B cot ( A + B ) = cot A cot B − 1 cot B + cot A cot ( A − B ) = cot A cot B + 1 cot B − cot A \begin{align*} \sin(A + B) &= \sin A \cos B + \cos A \sin B \\ \sin(A - B) &= \sin A \cos B - \cos A \sin B \\ \cos(A + B) &= \cos A \cos B - \sin A \sin B \\ \cos(A - B) &= \cos A \cos B + \sin A \sin B \\ \tan(A + B) &= \frac{\tan A + \tan B}{1 - \tan A \tan B} \\ \tan(A - B) &= \frac{\tan A - \tan B}{1 + \tan A \tan B} \\ \cot(A + B) &= \frac{\cot A \cot B - 1}{\cot B + \cot A} \\ \cot(A - B) &= \frac{\cot A \cot B + 1}{\cot B - \cot A} \end{align*} sin(A+B)sin(A−B)cos(A+B)cos(A−B)tan(A+B)tan(A−B)cot(A+B)cot(A−B)=sinAcosB+cosAsinB=sinAcosB−cosAsinB=cosAcosB−sinAsinB=cosAcosB+sinAsinB=1−tanAtanBtanA+tanB=1+tanAtanBtanA−tanB=cotB+cotAcotAcotB−1=cotB−cotAcotAcotB+1 -
二倍角公式:
sin 2 A = 2 sin A cos A cos 2 A = cos 2 A − sin 2 A = 1 − 2 sin 2 A = 2 cos 2 A − 1 tan 2 A = 2 tan A 1 − tan 2 A \begin{align*} \sin 2A &= 2 \sin A \cos A \\ \cos 2A &= \cos^2 A - \sin^2 A = 1 - 2 \sin^2 A = 2 \cos^2 A - 1 \\ \tan 2A &= \frac{2 \tan A}{1 - \tan^2 A} \end{align*} sin2Acos2Atan2A=2sinAcosA=cos2A−sin2A=1−2sin2A=2cos2A−1=1−tan2A2tanA -
半角公式(根号前符号由角所在象限决定):
sin A 2 = ± 1 − cos A 2 cos A 2 = ± 1 + cos A 2 tan A 2 = ± 1 − cos A 1 + cos A = sin A 1 + cos A cot A 2 = ± 1 + cos A 1 − cos A = sin A 1 − cos A \begin{align*} \sin \frac{A}{2} &= \pm \sqrt{\frac{1 - \cos A}{2}} \\ \cos \frac{A}{2} &= \pm \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}} \\ \tan \frac{A}{2} &= \pm \sqrt{\frac{1 - \cos A}{1 + \cos A}} = \frac{\sin A}{1 + \cos A} \\ \cot \frac{A}{2} &= \pm \sqrt{\frac{1 + \cos A}{1 - \cos A}} = \frac{\sin A}{1 - \cos A} \end{align*} sin2Acos2Atan2Acot2A=±21−cosA=±21+cosA=±1+cosA1−cosA=1+cosAsinA=±1−cosA1+cosA=1−cosAsinA -
和差化积公式:
sin a + sin b = 2 sin a + b 2 cos a − b 2 sin a − sin b = 2 cos a + b 2 sin a − b 2 cos a + cos b = 2 cos a + b 2 cos a − b 2 cos a − cos b = − 2 sin a + b 2 sin a − b 2 tan a + tan b = sin ( a + b ) cos a cos b \begin{align*} \sin a + \sin b &= 2 \sin \frac{a + b}{2} \cos \frac{a - b}{2} \\ \sin a - \sin b &= 2 \cos \frac{a + b}{2} \sin \frac{a - b}{2} \\ \cos a + \cos b &= 2 \cos \frac{a + b}{2} \cos \frac{a - b}{2} \\ \cos a - \cos b &= -2 \sin \frac{a + b}{2} \sin \frac{a - b}{2} \\ \tan a + \tan b &= \frac{\sin(a + b)}{\cos a \cos b} \end{align*} sina+sinbsina−sinbcosa+cosbcosa−cosbtana+tanb=2sin2a+bcos2a−b=2cos2a+bsin2a−b=2cos2a+bcos2a−b=−2sin2a+bsin2a−b=cosacosbsin(a+b) -
积化和差公式:
sin a sin b = − 1 2 [ cos ( a + b ) − cos ( a − b ) ] cos a cos b = 1 2 [ cos ( a + b ) + cos ( a − b ) ] sin a cos b = 1 2 [ sin ( a + b ) + sin ( a − b ) ] cos a sin b = 1 2 [ sin ( a + b ) − sin ( a − b ) ] \begin{align*} \sin a \sin b &= -\frac{1}{2}[\cos(a + b) - \cos(a - b)] \\ \cos a \cos b &= \frac{1}{2}[\cos(a + b) + \cos(a - b)] \\ \sin a \cos b &= \frac{1}{2}[\sin(a + b) + \sin(a - b)] \\ \cos a \sin b &= \frac{1}{2}[\sin(a + b) - \sin(a - b)] \end{align*} sinasinbcosacosbsinacosbcosasinb=−21[cos(a+b)−cos(a−b)]=21[cos(a+b)+cos(a−b)]=21[sin(a+b)+sin(a−b)]=21[sin(a+b)−sin(a−b)] -
万能公式(令 t = tan a 2 t = \tan \frac{a}{2} t=tan2a):
sin a = 2 t 1 + t 2 cos a = 1 − t 2 1 + t 2 tan a = 2 t 1 − t 2 \begin{aligned} \sin a &= \frac{2t}{1 + t^2}\\ \cos a &= \frac{1 - t^2}{1 + t^2}\\ \tan a &= \frac{2t}{1 - t^2} \end{aligned} sinacosatana=1+t22t=1+t21−t2=1−t22t -
平方关系:
sin 2 x + cos 2 x = 1 sec 2 x − tan 2 x = 1 csc 2 x − cot 2 x = 1 \begin{aligned} \sin^2 x + \cos^2 x = 1\\ \sec^2 x - \tan^2 x = 1\\ \csc^2 x - \cot^2 x = 1 \end{aligned} sin2x+cos2x=1sec2x−tan2x=1csc2x−cot2x=1 -
倒数关系:
tan x ⋅ cot x = 1 sec x ⋅ cos x = 1 csc x ⋅ sin x = 1 \begin{aligned} \tan x \cdot \cot x = 1\\ \sec x \cdot \cos x = 1\\ \csc x \cdot \sin x = 1 \end{aligned} tanx⋅cotx=1secx⋅cosx=1cscx⋅sinx=1 -
商数关系:
tan x = sin x cos x cot x = cos x sin x \begin{aligned} \tan x = \frac{\sin x}{\cos x}\\ \cot x = \frac{\cos x}{\sin x} \end{aligned} tanx=cosxsinxcotx=sinxcosx
十一、常见微分方程
-
可分离变量的微分方程:
形式: d y d x = f ( x ) g ( y ) \frac{dy}{dx} = f(x)g(y) dxdy=f(x)g(y) 或 f 1 ( x ) g 1 ( y ) d x + f 2 ( x ) g 2 ( y ) d y = 0 f_1(x)g_1(y)dx + f_2(x)g_2(y)dy = 0 f1(x)g1(y)dx+f2(x)g2(y)dy=0
解法:分离变量后积分。 -
齐次微分方程:
形式: d y d x = f ( y x ) \frac{dy}{dx} = f\left( \frac{y}{x} \right) dxdy=f(xy)
解法:令 u = y x u = \frac{y}{x} u=xy(即 y = u x y = ux y=ux),转化为可分离变量方程。 -
一阶线性非齐次微分方程:
形式: d y d x + P ( x ) y = Q ( x ) \frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x) dxdy+P(x)y=Q(x)
通解公式:
y = e − ∫ P ( x ) d x [ ∫ Q ( x ) e ∫ P ( x ) d x d x + C ] y = e^{-\int P(x)dx} \left[ \int Q(x) e^{\int P(x)dx} dx + C \right] y=e−∫P(x)dx[∫Q(x)e∫P(x)dxdx+C]
十二、向量代数与空间解析几何
(一)向量的运算
- 向量的加减法:设向量 a ⃗ = ( a 1 , a 2 , a 3 ) \vec{a}=(a_1,a_2,a_3) a=(a1,a2,a3), b ⃗ = ( b 1 , b 2 , b 3 ) \vec{b}=(b_1,b_2,b_3) b=(b1,b2,b3),则 a ⃗ + b ⃗ = ( a 1 + b 1 , a 2 + b 2 , a 3 + b 3 ) \vec{a}+\vec{b}=(a_1+b_1,a_2+b_2,a_3+b_3) a+b=(a1+b1,a2+b2,a3+b3), a ⃗ − b ⃗ = ( a 1 − b 1 , a 2 − b 2 , a 3 − b 3 ) \vec{a}-\vec{b}=(a_1-b_1,a_2-b_2,a_3-b_3) a−b=(a1−b1,a2−b2,a3−b3)。
- 向量的数乘:设 λ \lambda λ为常数,则 λ a ⃗ = ( λ a 1 , λ a 2 , λ a 3 ) \lambda\vec{a}=(\lambda a_1,\lambda a_2,\lambda a_3) λa=(λa1,λa2,λa3)。
- 向量的点积(数量积): a ⃗ ⋅ b ⃗ = a 1 b 1 + a 2 b 2 + a 3 b 3 = ∣ a ⃗ ∣ ∣ b ⃗ ∣ cos θ \vec{a}\cdot\vec{b}=a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3=\vert\vec{a}\vert\vert\vec{b}\vert\cos\theta a⋅b=a1b1+a2b2+a3b3=∣a∣∣b∣cosθ( θ \theta θ为 a ⃗ \vec{a} a与 b ⃗ \vec{b} b的夹角)。
- 向量的叉积(向量积): a ⃗ × b ⃗ = ∣ i ⃗ j ⃗ k ⃗ a 1 a 2 a 3 b 1 b 2 b 3 ∣ \vec{a}\times\vec{b}=\begin{vmatrix}\vec{i}&\vec{j}&\vec{k}\\a_1&a_2&a_3\\b_1&b_2&b_3\end{vmatrix} a×b= ia1b1ja2b2ka3b3 ,其模 ∣ a ⃗ × b ⃗ ∣ = ∣ a ⃗ ∣ ∣ b ⃗ ∣ sin θ \vert\vec{a}\times\vec{b}\vert=\vert\vec{a}\vert\vert\vec{b}\vert\sin\theta ∣a×b∣=∣a∣∣b∣sinθ。
(二)空间平面与直线方程
- 平面方程
- 点法式:过点 ( x 0 , y 0 , z 0 ) (x_0,y_0,z_0) (x0,y0,z0),法向量为 n ⃗ = ( A , B , C ) \vec{n}=(A,B,C) n=(A,B,C)的平面方程为 A ( x − x 0 ) + B ( y − y 0 ) + C ( z − z 0 ) = 0 A(x - x_0)+B(y - y_0)+C(z - z_0)=0 A(x−x0)+B(y−y0)+C(z−z0)=0。
- 一般式: A x + B y + C z + D = 0 Ax + By + Cz + D = 0 Ax+By+Cz+D=0( A , B , C A,B,C A,B,C不全为0)。
- 直线方程
- 参数式:过点 ( x 0 , y 0 , z 0 ) (x_0,y_0,z_0) (x0,y0,z0),方向向量为 s ⃗ = ( m , n , p ) \vec{s}=(m,n,p) s=(m,n,p)的直线方程为 { x = x 0 + m t y = y 0 + n t z = z 0 + p t \begin{cases}x=x_0+mt\\y=y_0+nt\\z=z_0+pt\end{cases} ⎩ ⎨ ⎧x=x0+mty=y0+ntz=z0+pt( t t t为参数)。
- 对称式: x − x 0 m = y − y 0 n = z − z 0 p \frac{x - x_0}{m}=\frac{y - y_0}{n}=\frac{z - z_0}{p} mx−x0=ny−y0=pz−z0。
十三、多元函数微分学
(一)偏导数
- 定义:设函数 z = f ( x , y ) z = f (x,y) z=f(x,y) 在点 ( x 0 , y 0 ) (x_0,y_0) (x0,y0) 的某邻域内有定义,若极限 lim Δ x → 0 f ( x 0 + Δ x , y 0 ) − f ( x 0 , y 0 ) Δ x \lim\limits_{\Delta x \to 0}\frac {f (x_0+\Delta x,y_0)-f (x_0,y_0)}{\Delta x} Δx→0limΔxf(x0+Δx,y0)−f(x0,y0) 存在,则称此极限为函数 z = f ( x , y ) z = f (x,y) z=f(x,y) 在点 ( x 0 , y 0 ) (x_0,y_0) (x0,y0) 处对 x x x 的偏导数,记为 f x ( x 0 , y 0 ) f_x (x_0,y_0) fx(x0,y0) 或 ∂ z ∂ x ∣ ( x 0 , y 0 ) \frac {\partial z}{\partial x}\big|_{(x_0,y_0)} ∂x∂z (x0,y0)。同理可定义对 y y y 的偏导数 f y ( x 0 , y 0 ) f_y (x_0,y_0) fy(x0,y0)。
- 高阶偏导数:二阶偏导数有 f x x = ∂ 2 z ∂ x 2 f_{xx}=\frac {\partial^2 z}{\partial x^2} fxx=∂x2∂2z, f x y = ∂ 2 z ∂ x ∂ y f_{xy}=\frac {\partial^2 z}{\partial x\partial y} fxy=∂x∂y∂2z, f y x = ∂ 2 z ∂ y ∂ x f_{yx}=\frac {\partial^2 z}{\partial y\partial x} fyx=∂y∂x∂2z, f y y = ∂ 2 z ∂ y 2 f_{yy}=\frac {\partial^2 z}{\partial y^2} fyy=∂y2∂2z。当 f x y f_{xy} fxy 与 f y x f_{yx} fyx 都连续时, f x y = f y x f_{xy}=f_{yx} fxy=fyx。
(二)全微分
- 定义:若函数 z = f ( x , y ) z = f (x,y) z=f(x,y) 在点 ( x , y ) (x,y) (x,y) 的全增量 Δ z = f ( x + Δ x , y + Δ y ) − f ( x , y ) \Delta z=f (x+\Delta x,y+\Delta y)-f (x,y) Δz=f(x+Δx,y+Δy)−f(x,y) 可表示为 Δ z = A Δ x + B Δ y + o ( ρ ) \Delta z=A\Delta x + B\Delta y+o (\rho) Δz=AΔx+BΔy+o(ρ)(其中 ρ = ( Δ x ) 2 + ( Δ y ) 2 \rho=\sqrt {(\Delta x)^2+(\Delta y)^2} ρ=(Δx)2+(Δy)2, A , B A,B A,B 不依赖于 Δ x , Δ y \Delta x,\Delta y Δx,Δy),则称函数 z = f ( x , y ) z = f (x,y) z=f(x,y) 在点 ( x , y ) (x,y) (x,y) 可微, A Δ x + B Δ y A\Delta x + B\Delta y AΔx+BΔy 称为全微分,记为 d z = A Δ x + B Δ y dz=A\Delta x + B\Delta y dz=AΔx+BΔy。
- 计算公式:若 z = f ( x , y ) z = f (x,y) z=f(x,y) 可微,则 d z = ∂ z ∂ x d x + ∂ z ∂ y d y dz=\frac {\partial z}{\partial x} dx+\frac {\partial z}{\partial y} dy dz=∂x∂zdx+∂y∂zdy。
十四、重积分
(一)二重积分
-
定义:设 f ( x , y ) f (x,y) f(x,y) 是有界闭区域 D D D 上的有界函数,将 D D D 任意分成 n n n 个小闭区域 Δ σ 1 , Δ σ 2 , ⋯ , Δ σ n \Delta\sigma_1,\Delta\sigma_2,\cdots,\Delta\sigma_n Δσ1,Δσ2,⋯,Δσn,在每个 Δ σ i \Delta\sigma_i Δσi 上任取一点 ( ξ i , η i ) (\xi_i,\eta_i) (ξi,ηi),作和 ∑ i = 1 n f ( ξ i , η i ) Δ σ i \sum_{i = 1}^n f (\xi_i,\eta_i)\Delta\sigma_i ∑i=1nf(ξi,ηi)Δσi,若当各小闭区域的直径中的最大值 λ \lambda λ 趋于 0 时,这和的极限存在,则称此极限为函数 f ( x , y ) f (x,y) f(x,y) 在闭区域 D D D 上的二重积分,记为 ∬ D f ( x , y ) d σ \iint_D f (x,y) d\sigma ∬Df(x,y)dσ。
-
计算方法
- 直角坐标下: ∬ D f ( x , y ) d σ = ∫ a b d x ∫ y 1 ( x ) y 2 ( x ) f ( x , y ) d y \iint_D f (x,y) d\sigma=\int_a^b dx\int_{y_1 (x)}^{y_2 (x)} f (x,y) dy ∬Df(x,y)dσ=∫abdx∫y1(x)y2(x)f(x,y)dy 或 ∫ c d d y ∫ x 1 ( y ) x 2 ( y ) f ( x , y ) d x \int_c^d dy\int_{x_1 (y)}^{x_2 (y)} f (x,y) dx ∫cddy∫x1(y)x2(y)f(x,y)dx。
- 极坐标下: ∬ D f ( x , y ) d σ = ∫ α β d θ ∫ r 1 ( θ ) r 2 ( θ ) f ( r cos θ , r sin θ ) r d r \iint_D f (x,y) d\sigma=\int_{\alpha}^{\beta} d\theta\int_{r_1 (\theta)}^{r_2 (\theta)} f (r\cos\theta,r\sin\theta) r dr ∬Df(x,y)dσ=∫αβdθ∫r1(θ)r2(θ)f(rcosθ,rsinθ)rdr(适用于积分区域为圆或圆的一部分等情况)。
(二)三重积分
- 定义:类似二重积分,是三元函数在空间有界闭区域上的积分,记为 ∭ Ω f ( x , y , z ) d V \iiint_{\Omega} f (x,y,z) dV ∭Ωf(x,y,z)dV。
- 计算方法:可采用直角坐标、柱面坐标、球面坐标进行计算,根据积分区域的形状选择合适的坐标系统。
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https://www.cnblogs.com/dyg540/articles/9736633.html- 微分和积分数学公式大全-优快云博客
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