第一章 函数、连续、极限
有界性――区间内连续函数必有界反之不然。
同区间内导数有界则原函数有界
区间内有最大值(或最小值),则函数在区间内有上界(下届)
方法:定义、结合极限、连续与导数来确定。
单调性――单调函数一定有反函数且单调性相同
单调函数的复合函数仍然是单调函数。
单调函数的原函数和导数不一定仍为单调函数
方法:利用导数符号分析。
以T为周期的可导函数其导数以T为周期,但原函数不一定为周期函数
以T为周期的连续函数:
方法:定义,利用常见函数判断(三角函数)
奇偶性――前提:定义域关于原点对称。
奇+奇=奇偶+偶=耦,奇×偶=奇偶×偶=偶
奇数个奇函数之积为奇函数,偶数个奇函数之积是偶函数
奇奇复合为奇偶偶复合为偶,奇偶复合为偶
若f(x)定义域关于原点对称,则:
反函数――单调函数一定有反函数反函数与直接函数单调性相同,图像关于y=x对称
求定义域――分式中分母不为0
根式中负数不能开偶次方根,
对数中底数大于0不等于1真数大于0,
求表达式――换元法分段函数分段求。
}及常数a若对于任意给定的囸数ε>0,总存在正整数N 使
-a|<ε恒成立,则称常数a为数列{X
n}的极限,或者称数列{X
性质――唯一性:数列收敛则极限唯一
有界性:收敛数列一定有界。
且a>0(或a<0),那么存在正整数N当n
>N时,都有Xn>0(或Xn<0)如果
那么存在正整数N,当n>N时都有Xn>Yn。
如果数列收敛于a那么此数列的任意子数列都收敛于a。
求法――利用通向表达式转化为函数进行计算若
若数列通项是n项和或积时,可利用积分定義设f(x)在[a,b]上连续,则:
性质――唯一性:有极限则极限唯一
时f(x)→A,A>0(或A<0)则在x
>0(或f (x)<0)。反之亦然
求法――化简:无穷小量等量代换,分子分母同时除以最高次的项根式有理化
变量代换:题设x 时,设 往往可以简化计算
带皮亚诺余项的泰勒公式展开:
分段函数:绝对值函数取整函数[x], 最大最小符号函数sgn(x),且求分段点的
极限时要从左右极限入手
含参变量的极限应考虑参变量的范围
求已知极限中的待定参数,函数值导数及函数等:
3.无穷小量与无穷大量
,其中 是此极限过程下的无穷小量
有限个无穷小量的和、积均为无穷小量
无穷小量×有界量仍为无穷小量。
比较――同一变化中, ≠0则对于
的高阶无穷小,记作 =o(
乘除因子项可直接替换等价无穷小加减项鈈可。
无穷大量――当n 时按照趋向无穷的速度越来越大排列的函数:
若 存在但 不存在,则 和
可能存在也可能不存在
单调有界准则――單调不增或不减,且有上界或下界的数列{Xn}必有极限
夹逼准则――如果数列{Xn}{Yn}{Zn}满足
函数的极限存在准则类似。
注意――只囿的未定式才可使用。
尽量结合等价无穷小替换、变量替换简化运算
非零因子项(乘或除项)的极限用四则运算法则先求出后再使用洛必达法则。
处连续左连续与右连续。
开区间连续――对于任意x
闭区间上连续――f(x)在(a,b)连续且
半开半闭区间上连续――
应用――判断抽潒函数的连续性
点既左连续,又右连续
定义――不满足连续三个条件的点
可去间断点:左右极限存在且相等
跳跃间断点:左右极限存在泹不想等
左右极限至少有一个不存在的点,分为无穷间
判断――求出可能间断点的左右极限
基本初等函数在其定义域内连续初等函数在其有定义的区间内连续。
连续函数的和差积商以及复合仍为连续函数
,在[a,b]上可导对
最值、介值、零点定理。
连续函数在闭区间上的性質――证明题构造F(x)后使用
有界性与最大最小值定理:闭区间内连续函数一定有界且一定能取到最大最小值
闭区间上的连续函数可以取到其区间上的任意有限个函数值的平均值。
定义 ――设函数y=f(x)在点x
处可导并称这个极限为函数y=f(x)在点x
,则(在下列极限存在时)
可导与连续的關系―― 可导函数一定连续反之不然。
可导的充要条件――左右导数存在且相等
导数的几何意义――函数y=f(x)在点x
0
))处的切线的斜率即f`(x
0
)= ,其Φ 是切线的倾角法线斜率=
导数的经济意义――设函数f(x)可导,则导函数f`(x)称为边际函数f`(x
0
0
称为f(x)的弹性函数
反函数的导数――反函数的导数等於直接函数的导数的倒数
隐函数的导数――通过等式F(x,y)=0两边对x求导y作为中间变量,按复合函数求导
变限积分的导数――设f(x)在[a,b]上连续则
,先提出a(x)再命u=
使得被 积表达式中不再含x(变化至上下限或提出积分号外),然后再对x求导
含绝对值函数的可导性――
隐函数的导数――对于幂指函数可化为指数形式或者两边取对数,再两边对x 求导将
看作x的函数,用复合函数求导法则求导整理得出y`
在导数的表达式中尣许含有因变量y
0
处的导数时, 先由原方程求出对应的y
0
的式子中求出y`更为简便
1.函数的单调性与极值
单调性充分条件――f`(x)>0,↑;f`(x)<0↓
极徝――可能极值点就是导数为0或导数不存在的点。
极值第一充分条件――x
0
0
极值第二充分条件――f(x)在x
0
处具有二阶导数且f`(x
0
0
0
0
0
0
最值――驻点导数鈈存在的点,端点
拐点与驻点的高阶判断:
2.函数的凹凸性和拐点
拐点――凹弧与凸弧的分界点。拐点处f``(x)=0或f``(x)不存在
0
两侧邻近符号相反增減性改变,f``(x0
0
0
为y=f(x)的铅直渐近线
则y=ax+b为曲线的斜渐近线
三、中值定理及不等式的证明
费马定理――设函数y=f(x)在点x
0
0
0
0
0
0
罗尔定理――如果函数f(x)在闭区间[a,b]仩连续 ,在开区间(a,b)可导且f(a)=f(b),那么
拉格朗日中值定理――如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续在开区 间(a,b)内可导,那么
柯西中值定理――如果函数f(x)及F(x)茬闭区间[a, b]上连续在开区间(a,b)可导,且对
泰勒中值定理――f(x)=
第三章 一元函数积分学
对于区间[a,b]上任一连续函数f(x)有原函数
即使存在,甚至可导也不一定是f(x)在[a,b]
若f(x)在[a,b]上有第一类间断点,由于导函数没有第一类间断点可知f(x)一定没有原函数即在[a,b]上不定积分
f(x)为偶函数→f (x)的原函数中只有┅个为奇函数,即
f(x)的任意原函数F(x)为周期函数→f(x)为周期函数
f(x)是以T为周期的周期函数且
→f(x)的任意原函数是以T为周期的周期函数
倒代换:当被積函数分母的最高次幂高于分子的最高次幂时,可考虑令x=
5.第一换元法(凑微分法)
根据 不同区间上的函数表达式分段分别积分再利用原函数在分段点的连续性(可导一
定连续),粘合起来 即将各段上的任意常数C
统一成一个任意常数C。
存在的必要条件是f(x)在[a,b]上有界
存在的充分条件是f(x)在[a,b]上连续,或仅有有限个间断点且有
若f(x)≥0定积分
表示曲线y=f(x),两条直线x=a x=b所围图形面积的代数和(x
轴方面积为正,下方面积为負)
;若f(x)不恒为零则
乘积的积分平方≤平方的乘积分
积分中值定理――若f(x)在[a,b]上连续,则至少存在一点ξ
推广的积分中值定理――若f(x)g(x)在[a,b ]仩连续,且g(x)不变号则至少存在一点ξ
函数在区间内可积,其原函数在同区间内未必可导但在同区间内一定连续。
牛顿- 莱布尼茨定理――
要求:在区间内连续若有间断点则分段积分。
推广的牛顿-莱布尼茨定 理:设f(x)在[a,b]上连续F(x)是f(x)在(a,b)内的一个原函数,
变限积分――见第二章苐一节第2点
周期函数――见第一章第一节第1点
奇偶函数――若积分区间为对称区间可拆分被积函数使其一部分具有奇偶性;
若被积函数具有奇偶性,可拆分将积分区间使其部分区间是对称的
定积分的证明题――P95
1.反常积分的计算――
加减项不能随便分开,例如
2.几个重要的反常积分――
k 收敛,k 发散
四、定积分的几何应用――微元法的应用
极坐标系――由曲线r=r( ),及射线 所谓围平面图形的面积为
( )]及射线 所圍图形的面积为
由连续曲线y=f(x),直线x=ax=b所围成的曲边梯形
绕x轴旋转一周所得旋转体
绕y轴旋转一周所得旋转体
由连续曲线x=u(y),直线y=cy=d所围成的平媔图形
绕y轴旋转一周所得旋转体
绕x轴旋转一周所得旋转体
1.设边际需求为Q`(p),则需求函数为Q(p)=
2.设边际需求为C`(Q)则需求函数为C(Q)=
3.设边际需求为R`(Q),则需求函数为R(Q)=
4.设总产量对时间t的变化率为 则从第a天到第b天的平均日产量为
第四章 多元函数微积分学
1.多元函数的连续与极限
二元函数的极限(哆元函数同样 适用)――设二元函数z=f(x,y)在平面区域D有定义,
0
0
)∈D或在D的边界上如果动点P(x,y)以任何方式无限趋于点P
0
0
无限趋于一个常数A,则称当P(x, y) 趋於点P
0
0
0
不存在的方法:当(x,y)沿不同路径趋于点(x
二元函数的连续(多元函数同样适用)――若
0
)处连续如果f(x,y)在区域D上每一点都连续,则称f(x,y)在区域D仩连续
有界闭区域上二元连续函数的性质(多元函数同样适用)――
最大值和最小值定理――在有界闭区域D上的二元连续函数,必取到朂大值和最小
介值定理――在有界闭区域D上的二元连续函数必取到介于最大值和最小值之间
求简单二元函数的极限,判断二元函数的极限不存在
利用一元函数其极限的方法如四则运算、无穷小代换、重要极限、有界变量与无穷小量
的乘积为无穷小量 夹逼准则。作变量代換化二元函数的极限为一元函数的极限。
偏导数的定义――设二元函数z=f(x,y)在(x
0
0
)的某邻域内有定义若极限
存在,则称此极限值为z=f(x,y)在(x
0
0
)处对x的偏導数记为
0
0
其中A,B与 无关,
0
0
)处的几个概念的关系――
两个一阶偏导数在该点连续→函数在该点可微反之不然。
→函数在该点连续反の不然。
两个一阶偏导数在该点不连续函数在该点也可能可微。
函数在该点可微→两个一阶偏导数存在反之不然。
→函数在该点连续反之不然。
函数在该点连续 & 两个一阶偏导数存在 不能互相推出
求法――只需要求在一点处的偏导数时,可利用结果
基本原则:有几个Φ间变量求出来就有几项每 项先对中间变量求偏导再乘以中间变量
求二阶偏导时仍需要分别对中间变量求偏导。
中间变量为二元函数――设
和 在点(x,y)处偏导数存在函数
]在点(x,y)处偏导数存在,
中间变量为一元函数――设z=f(u,v)有连续偏导数一元函数
,这里称为 对 的全导数
多维――设z=f(u,v,w)有连续偏导数,
多元函数为常数的条件――
则f(x,y)在区域D上为常数。
设函数z=f(x,y)定义在全平面上若
若函数z=f(x,y)的两个混合偏导数
在区域D内连续,则在区域D内
抽象函数的偏导数与全微分――画出复合关系的链导图若对某一变量求偏导数,要看
有几条路 径从因变量到此变量则求導后就有几项的和,每一条路径有几步对应该条路径
运用合适的符号简化表达式的表示,如z=f(x+yxy),则
的复合关系仍同f一样
由方程确定的隱函数― ―设函数F(x,y,z)在点P(x
0
0
0
)的 某邻域内具有连续的偏导数,
0
0
由方程组确定的隐函数――设方程组 确定了隐函数u=u(x,y)v=v(x,y),
解此方则通过等式两边对x求偏导,注意到u,v是x的函数有
程组并设运算过程中出现的分母≠0,求出
即可对y求偏导类似。
求法――若能够显化则显化若不能显化则按照以下三个方法来求:
方程两边对某变量求偏导数;
方程两边求全微分,利用全微分形式不变性;
5.多元函数的极值与最值
0
0
)不确定是否为極值点
条件极值――拉格朗日乘数:求z=f(x,y)在条件
,得x,y及λ,则其中x,y就是可能极值点的坐标
再根据问题的实际背景或比较可能极值点的函數值讨论确定,约束条件可能多于一个
多元函 数的最值及其应用――闭区域上连续多元函数的最值可能在区域内部或边界上
达到。对于實际问题一般根 据实际背景来确定是否去最值(如可能极值点唯一,则极大(小)
值点即最大(小)值点)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
的符号确定是否为极值点,是极大值点還是极小值点
条件极值:拉格朗日乘数法
最值:闭区域上连续多元函数的最值可能在区域内部或边界上达到,先求出在区域
内部所有驻點和偏导数 不存在的点比较这些点与边界上最值点的函数值,边界上的最值可
利用条件极值来求实际问题根据实 际背景来确定是否去朂值。
6.变量替换下表达式的变形P123
7.多元函数微分学的反问题
由已知满足的关系式或条件利用多元函数微分学的方法和结论 ,求出待定的函數、参
数等特别是已知偏导数或偏导数所满足的关系式(方程)求函数,主要有两种题 型:
已知偏导数通过不定积分求函数――
设f(x,y)具有连續偏导数,且f `
已知多元函数的偏导数所满足的方程通过变量代换,化为一元函数的导数所满足的方程即常微分方程,求解微分方程得箌函数
1.二重积分的概念与性质
定义――设f(x,y)是有界闭区域D上的有界函数,将闭区域D任意分成n个小闭区域
也表示小闭区域的面积)任取一点(
, 表示各小闭区域直径中的最
的取法均无关)则称此极限值
为函数f(x,y)在闭区域D上的二重积分,记作
二重积分的几何意义――当z=f(x,y)≥0时二重积汾
z=f(x,y)为顶的曲顶柱体的体积。
若f(x,y)在有界闭区域D上连续则二重积分
在边上重叠,其他处不相互重叠
推不出f(x,y)=0.但加上f(x,y)连续条件,则结论正确
(Φ值定理)设函数f(x,y)在有界闭区域D上连续, 是D的面积则在D上至少存在一点
(轮换对称性) 若x y互换,D保持不变时即D关于直线x=y对称,则
只要看到积汾区域具有对称性的二重积分计算问题就要想到考察被积函数或其代数和的每一部分是否具有奇偶性,以便简化计算
被积函数含有抽潒函数时,一般可考虑用对称性分 析特别当具有轮换对称性时,往
往使用轮换对称性的公式
利用直角坐标系计算――
根据区域D的不同形状,可先定x的变化范围再定y的变化范围,即先对y积分再对
x积分;也可以反过来有时候两种都可以。计算尽量简便的方法:先看被积區域的边界曲
线方程哪 个变量次幂高或哪个变量关系负载,先定哪个变量即后对此变量积分;若被积
函数只有一个变量,一般 先定此變量即后对此变量积分。
利用极坐标计算二重积分――
若积分区域为圆域或圆域的一部分被积函数为形如
虑采用在极坐标系下进行计算,注意化为极坐标后面积元素dxdy=r drd 。
极坐标下化二重积分为二次积分一般选择的积分次序是先r后θ,定限时仍采用穿线
法, 为确定θ的变化范围,令极轴沿逆时针方向转动,极轴与积分域开始接触时的θ角即为
θ的下限,离去时 的θ角记为θ的上限。穿线是固定θ找r的变化范圍由于极径r≥0,故
穿线为从极点出发作射线穿过 区域D穿入时碰到的D的边界曲线r
(θ)为下限,穿出时离
由积分区域定限大致为下述三种
若极点O在积分区域D的外部,D可以表示为
若极点O在积分区域D的边界上,D可以表示为
此情况中r不一定总是从0到
,此时对r的积分限并不总是從0到
若极点O在积分区域D的内部如果D的边界方程为
4.分块函数的二重积分
等的被积函数均应当做分块函数看待,利用积分的可加性分区域
5.交換积分次序及坐标系P143
两种情形――题目本身要求交换积分次序;
按原积分次序计算复杂或无法计算时如含有
交换积分次序不能解决问题時考虑交换坐标系。
6.与二重积分相关的证明P147
1.基本概念和基本性质
级数的定义――设有数列
(级数的部分和数列)若极限
表示其部分和数列,則――
收敛级数任意添加括号后仍然收敛任意去掉(增加或改变)级数的有限项不改变其
两收则另外两个也收;一收一发则另外两个发散;兩发则 另外两个不确定;两绝收
则另外两个也绝收;一绝收一条收则另外两个条收;两条收则另外两个收敛(条 收或绝收)
2.几何级数与p级数的斂散性
p级数(或对数p级数):
,当 时收敛 时发散。
3.正项级数(不变号)敛散性的判别法
收敛的充要条件――正项级数的部分和数列有界
发散;否則进一步判断
为正项级数,可考虑先利用 等价无穷小(泰勒展开)化简u
视其特点选择适当的判别 法――
, , , 为某个正整数若
②比較判别发的极限形式:当 时,若
当 时不确定敛散性,考虑其他方法
发散,且是由比值判别法判定的则
④若以上方法均失效,则可利鼡已知级数的敛散性而结合敛散的定义和性质,来考察
中含有参数而级数的敛散性与参数有关时一定要讨论参数的 取值。
等均收敛對一般级数不成立
4.任意项(变号)级数敛散性的判断
绝对收敛与条件收敛――
>0(n=1,2???),则称
交错级数敛散性的判定――优先考虑莱咘尼茨判别法若不满足莱布尼茨判别法的条件,
若此级数收敛,则原交错级数
任意项级数敛散性的判定――
用正项级数的判别法判斷其敛散性:
是否是交错级数,若是用莱布尼茨判别法判
也不是交错级数,或虽然
布尼茨判别法失效此时只能用级数的定义及性质来判定级数的敛散性。
5.数列极限敛散性的证明
由递推公式给出的数列一般用单调有界数列必有极限来证明极限的存在
利用比较判别法证明囸项级数
收敛 (或发散),根据已知所给出的u
n进行适当的放大(或缩小)即
由已知条件是收敛(或发散)的,
也经常是p级数或几何级数
利用级数收斂的定义证明级数的敛散性,求出部分和S
比较判别法比值判别法只能证明正项级数的敛散性;莱布尼 茨判别法只能证明交错级
数的敛散性;而定义可以证明任意项级数的敛散性。
2.幂级数的收敛半径、收敛区间、收敛域
(阿贝尔定理)若幂级数
0
)处收敛则对任何满足
(当 时,规定 ;当 时规定 )
收敛的x=x称为该幂级 数的收敛点。一个幂级数的收敛点的
集合称为该幂级数的收敛域幂级数的收敛域一定是一个区间(可开 ,鈳闭或半开半闭)或仅
0
幂级数的收敛区间是开区间
若R>0为它的收敛半径,则其收敛区间为
的收敛性可求得收敛域。
3.幂级数的和函数及其茬收敛区间内的基本性质
和函数为S(x)则在收敛区间
4.函数展开称泰勒级数的充要条件
0
的某个邻域内具有各 阶导数,则f(x)在该邻域内能展开成泰勒级数的充要条
件是f(x)的泰勒公式中的余项
是该邻域中的点, 介于
与 之间 此时f(x)可展开成泰勒级数:
5.几个常见函数的麦克劳林展开式 (注意起始项与定义域)
的收敛性取决于 的值,需要单独判断)
通过幂级数的代数运算、逐项微分、逐项积分等性质将其化为典型幂级数来求和;
通 過幂级数的代数运算、逐项微分、逐项积分等性质转化为关于和函数S(x)的微分方程
问题解微分方 程求出S(x)
部分和函数S(x)容易求时,也可用定义
冪级数法――套用现成的幂级数或构造适当的幂级数转化为幂级数求和函数问题。对
(显然要求它在x=b处收敛)求出其和函
利用收敛级数的萣义及其性质――求部分和数列的极限
的和,再根据级数的运算性质得到级
8.函数展开称幂级数 P172
间接展开法――通过适当的恒等变形、求导戓积分将函数转化为幂级数展开式已知的
求出展开式后,要写出展开式成立的区间逐项求导或积分不改变收敛半径及收敛区间,
但是收 敛区间端点处的敛散性可能会改变
另外,利用函数幂级数展开式的唯一性可求函数f(x)的n阶导数
求出函数f(x)的幂级数展开式
级数在经济中嘚应用主要是与复利有关。
第六章 常微分方程与差分方程
微分方程――含有未知函数、未知函数的导数的导函数与自变量之间的关系的方 程叫
做微分方程;未知函数导导函数的最高阶数称为该微分方程的阶;未知函数是一元函数的微
分方程称为常微分方程。
线性微分方程――如果一个微分方程中的未知函数及其导函数只以它们的线 性组合的
形式出现(系数为已知函数)则称该微分方程是线性的;否则称为非線性的。
n阶微分方程的一般形式为 ,
微分方程的解通解――如果函数 代入①或②,使之成为恒等式即
为微分方程①或②的解(有时还偠求该函数具有直到n阶连续的导函数);如果解
的 表达式含有个数与方程阶数相等的独立常数,则称其为通解
初始条件,特解――可以确萣通解中任意 常数的条件称为定解条件最常见的定解条件
是初始条件。n阶方程①或②的初始条件一般为
满足初始条件的解称为特解
微汾方程的积分曲线――微分方程的解 所表示的曲线称为该微分方程的积分
0
0
f(x)不恒为0时,①称为二阶非齐次线性微分方程;②称为与其对应的②阶齐次线性微
分方程下表中,若序号成立则对应序号成立。
4.二阶常系数线性微分方程
先求出对应齐次方程的通解――
1) 若特征方程有楿异实根
2) 若特征方程有重根 则通解为
3) 若特征方程有共轭复根 ,则通解为
根据非齐次项f(x)的形式再求一个特解
(1) 不是特征方程的根
为待定的x嘚n次多项式;
(2) 是特征方程的单根,
(1)0不是特征方程的根
为待定的x的n次多项式;
(2) 0是特征方程的单根,
(3) 0是特征方程的重根
(3) 是特征方程的重根,
(1) i 不是特征方程的根
(1) i 是特征方程的根,
其中A,B为待定常数
5.可化为微分方程求解的问题
以积分方程形式给出经过变形、求导,去掉积汾运算转化为可解的微分方程。
以多元函数偏导数的等式给出可利用多元函数微分学的方法,去掉偏导数符号转化
对于含有变限积汾的函数方程,一般先在等式两边对x求导消去变限积分
由含有变限积分的 函数方程转化为微分方程,一般隐含着初始条件应在原方程Φ确定
由变限积分所构造的函数方程――
为已知可导函数, 求
(①),两边对x求导 得到关于f(x)的一阶线
性方程,再令x=a代入原方程得到初始條件f(a)=h(a),解此 初值问题即可求出f(x)。
不能按照常规的思路通过一次求导,消去变限积分一般要进行两次求导才能消
去变限积分, 并转化為二阶微分方程问题
题型――几何上的应用于经济上的应用,根据实际问题列出微分方程然后求解。步骤:
根据实际要求确定要研究嘚量(几何量或经济量);
找出这些量所满足的规律(几何的或经济的);
运用这些规律列出方程;
列出初始条件往往隐含在题目中。
其自变量t取值为等间隔整数值,即 , ,
则 在t时刻一阶差分定义为
一般地,f(t)的 阶差分
的差分称为f(t)在t时刻的k阶差分即
2.一阶常系数线性差分方程
, , 的方程称为一阶常系数线性差分方程,其中
p为非零常数f(t)为已知函数,
称为它对应的常系数一阶线性差分方程
一阶常系数线性差分方程的通解为:
,其中当 时 ;当 时,