• 函数

    奇偶性

    常见的奇函数

    sin⁡xtan⁡xarcsin⁡xarctan⁡x
    ln⁡1−x1+xln⁡(x+1+x2)ex−1ex+1
    f(x)−f(−x)

    常见的偶函数

    x2|x|cos⁡x
    f(x)+f(−x)

    奇(偶)函数的推导规律

    奇函数 + 常数 ≠ 奇函数偶函数 + 常数 = 偶函数
    奇函数 + 奇函数 = 奇函数偶函数 + 偶函数 = 偶函数
    奇函数 × 奇函数 = 偶函数偶函数 × 偶函数 = 偶函数奇函数 × 偶函数 = 奇函数
    f(x) 为奇函数 ⟹ f′(x) 为偶函数f(x) 为偶函数 ⟹ f′(x) 为奇函数
    连续奇函数的原函数 ⟹ 偶函数连续偶函数的原函数之一 ⟹ 奇函数
    f(x) 为奇函数 ⟹ ∫0xf(t) dt 为偶函数f(x) 为偶函数 ⟹ ∫0xf(t) dt为奇函数
    f(x) 为奇函数 ⟹ ∫axf(t) dt 为偶函数f(x) 为偶函数 ⇏ ∫axf(t) dt 为奇函数

    周期性

    周期函数的原函数

    f(x) 连续,且以 T 为周期:

    ∫0xf(t) dt 是以 T 周期的周期函数 ⟺ ∫aa+Tf(x) dx=0

    周期函数的导函数

    f(x) 是周期函数 ⟹ f′(x) 也是周期函数,且 f′(x) 周期与 f(x) 的周期相同

    有界性

    常见的有界函数

    |sin⁡x|⩽1|cos⁡x|⩽1|arcsin⁡x|⩽π2|arctan⁡x|⩽π2|arccos⁡x|⩽π

    判断开区间有界的方法

    若

    则 f(x) 在 (a,b) 上有界

    注:f(x) 在 (a,b) 上有界,且 f(x) 在 (a,b) 连续 ⇏ f(a+0) 和 f(b−0) 存在。

    反例:f(x)=sin⁡1x

    导数有界推原函数有界

    f′(x) 在有限区间有界 ⟹ f(x) 有界(导函数有界 ⟹ 原函数有界)

    连续性

    f(x) 在点 x0 处连续 ⟺ f(x) 在 x0 处的左极限 = f(x) 在 x0 处的右极限 = f(x) 在 x0 处的函数值

    f(x) 在点 x0 处连续 ⟺ limx→x0+f(x)=limx→x0−f(x)=f(x0) ⟺ limx→x0f(x)=f(x0)

    f(x) 在点 x0 处左连续 ⟺ limx→x0−f(x)=f(x0)

    f(x) 在点 x0 处右连续 ⟺ limx→x0+f(x)=f(x0)

    三角函数

    sin2⁡x+cos2⁡x=1
    1±sin⁡x=sin2⁡x2+cos2⁡x2 ± 2sin⁡x2cos⁡x2=| sin⁡x2±cos⁡x2 |
    sec2⁡x=tan2⁡x+1csc2⁡x=cot2⁡x+1

    诱导公式

      sin⁡(π−α)=sin⁡α sin⁡(π+α)=−sin⁡α  cos⁡(π−α)=−cos⁡α cos⁡(π+α)=−cos⁡α
    sin⁡(π2−α)=cos⁡α cos⁡(π2−α)=sin⁡α sin⁡(π2+α)=cos⁡α cos⁡(π2+α)=−sin⁡α  

    两角和差公式

    sin⁡(A+B)=sin⁡Acos⁡B+cos⁡Asin⁡Bsin⁡(A−B)=sin⁡Acos⁡B−cos⁡Asin⁡B
    cos⁡(A+B)=cos⁡Acos⁡B−sin⁡Asin⁡Bcos⁡(A−B)=cos⁡Acos⁡B+sin⁡Asin⁡B
    tan⁡(A+B)=tan⁡A+tan⁡B1−tan⁡Atan⁡Btan⁡(A−B)=tan⁡A−tan⁡B1+tan⁡Atan⁡B

    倍角公式

    sin⁡2x=2sin⁡xcos⁡x
    cos⁡2x=cos2⁡x−sin2⁡xcos⁡2x=2cos2⁡x−1cos⁡2x=1−2sin2⁡x  
    tan⁡2x=2tan⁡x1−tan2⁡x

    和差化积与积化和差

    和差化积

    sin⁡α+sin⁡β=2sin⁡α+β2cos⁡α−β2sin⁡α−sin⁡β=2cos⁡α+β2sin⁡α−β2
       cos⁡α+cos⁡β=2cos⁡α+β2cos⁡α−β2   cos⁡α−cos⁡β=−2cos⁡α+β2cos⁡α−β2

    积化和差

    sin⁡αcos⁡β=sin⁡(α+β)+sin⁡(α−β)2cos⁡αsin⁡β=sin⁡(α+β)−sin⁡(α−β)2
    sin⁡αsin⁡β=−cos⁡(α−β)+cos⁡(α−β)2cos⁡αcos⁡β=cos⁡(α+β)+cos⁡(α−β)2

    变量相同的 sin±cos ⟹ 只有一个 sin 或只有一个 cos

    Asin⁡α+Bcos⁡α=A2+B2sin⁡(α+β)(tan⁡β=BA)Asin⁡α−Bcos⁡α=A2+B2sin⁡(α−β)(tan⁡β=AB)

    极限

    等价无穷小

    x∼sin⁡x∼tan⁡x∼arcsin⁡x∼arctan⁡x∼ln⁡(1+x)∼ex−1
    1−cos⁡x∼12x2(1+x)a−1∼ax
    1−cosα⁡x∼α2x2(1+α(x))β(x)−1∼α(x)β(x)( x→0 ,  α(x)→0 ,  α(x)β(x)→0 )
    x−ln⁡(1+x)∼12x2ax−1∼xln⁡a
    x−sin⁡x∼16x3arcsin⁡x−x∼16x3
    x−tan⁡x∼−13x3arctan⁡x−x∼−13x3
    ln⁡(x+1+x2)∼x
    ln⁡(x+1+x2)−x∼−16x3

    趋向速度比较

    x→+∞ :

    ax≫xβ≫lnαxα>0, β>0, a>1

    n→+∞ :

    nn≫n!≫an≫nβ≫lnαnα>0, β>0, a>1

    当 α>0 时:

    limx→0xαlnβ⁡x=0

    常用基本极限

    limn→∞xn={0 ,|x|<1∞ ,|x|>11 ,x=1不存在 ,x=−1limn→∞enx={0 ,x<0+∞ ,x>01 ,x=0

    无穷小量阶比较

    当 x→0 时:

    则 F(x)=∫oφ(x)f(t) dt 是 x 的 n(m+1) 阶无穷小

    1∞ 的计算方法

    若 limα(x)=0,  limβ(x)=∞, 且 limα(x)β(x)=A ,

    则 lim[1+α(x)]β(x)=eA

    变上限积分等价代换

    limx→0f(x)g(x)=1⟹∫0xf(t) dt ∼ ∫0xg(t) dt

    数列

    数列极限加绝对值后的关系

    limn→∞an=0⟺limn→∞|an|=0
    limn→∞an=a⟹limn→∞|an|=|a|

    数列求和公式

    等差数列:

    n(a1+an)2

    等比数列:

    (a1−anq)1−q=a1(1−qn)1−q

    其它一些奇奇怪怪的公式

    12+22+⋯+n2=n(n+1)(2n+1)6
    an−bn=(a−b)(a0bn−1+a1bn−2+⋯+an−2b1+an−1b0)
    limn→∞a1n+a2n+⋯+amnn=max1⩽i⩽m{ai} (ai>0)

    泰勒公式

    皮亚诺余项(局部)

    用于局部形态,例如:极限、极值

    f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f″(x0)2!(x−x0)2+⋯+f(n)(x0)n!(x−x0)n+o[(x−x0)n]

    拉格朗日余项(整体)

    用于整体形态,例如:不等式、最值

    ξ 在 x0 与 x 之间:

    f(x)=f(x0)+f′(x0)(x−x0)+f″(x0)2!(x−x0)2+⋯+f(n)(x0)n!(x−x0)n+f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−x0)n+1

    常用的泰勒公式

    ex=1+x+x22!+⋯+xnn!+o(xn)
    sin⁡x=x−x33!+⋯+(−1)n−1x2n−1(2n−1)!+o(x2n−1)
    cos⁡x=1−x22!+⋯+(−1)nx2n(2n)!+o(x2n)
    ln⁡(1+x)=x−x22+⋯+(−1)n−1xnn+o(xn)
    (1+x)α=1+αx+α(α−1)2!x2+⋯+α(α−1)⋯(α−n+1)n!xn+o(xn)

    导数

    (C)′=0(xa)′=axa−1
    (ax)′=axln⁡a(ex)′=ex
    (ln⁡|x|)′=1x(loga⁡x)′=1xln⁡a
    (sin⁡x)′=cos⁡x(cos⁡x)′=−sin⁡x
    (tan⁡x)′=(sec⁡x)2(cot⁡x)′=−(csc⁡x)2
    (sec⁡x)′=sec⁡xtan⁡x(csc⁡x)′=−csc⁡xcot⁡x
    (arcsin⁡x)′=11−x2(arccos⁡x)′=−11−x2
    (arctan⁡x)′=11+x2(arccot x)′=−11+x2
    [ln⁡(x+x2+a2)]′=1x2+a2

    导数定义

    f′(x0)  =  limx→x0f(x)−f(x0)x−x0  =  limΔx→0f(x0+Δx)−f(x0)Δx

    参数方程加隐函数求导

    参数方程求导,其中有隐函数,直接利用参数方程求导公式:

    dydx=y′(t)x′(t)d2ydx2=y″(t)x′(t)−x″(t)y′(t)x′3(t)

    反函数求导

    y=f(x) 的反函数为 x=φ(y) :

    φ′(y)=1f′(x)

    注意:二阶无公式,需要链导法推导:

    φ″(y)=d[φ′(y)]dy=d[1f′(x)]dy=d[1f′(x)]dx ⋅ dxdy=−f″(x)[f′(x)]3

    高阶导数

    (sin⁡x)(n)=sin⁡(x+nπ2)(cos⁡x)(n)=cos⁡(x+nπ2)
    (u±v)(n)=u(n)±v(n)(uv)(n)=∑k=0nCnku(k)v(n−k)

    法线斜率

    法线斜率为切线斜率的负倒数

    k=−1y′

    微分中值定理

    三大中值定理+费马定理

    费马定理

    设 f(x) 在 x0 处可导,若 f(x) 在 x0 处取得极值,则

    f′(x0)=0

    罗尔定理

    设 f(x)

    那么至少存在一点 ξ∈(a,b) ,使

    f′(ξ)=0

    拉格朗日中值定理

    设 f(x)

    那么至少存在一点 ξ∈(a,b) ,使

    f′(ξ)=f(b)−f(a)b−a

    拉格朗日中值定理在微分中的一个延伸

    f(x0+Δx)−f(x0)=f′[x0+θΔx] Δx

    柯西中值定理

    设 f(x) 和 g(x)

    那么至少存在一点 ξ∈(a,b) ,使

    f(b)−f(a)g(b)−g(a)=f′(ξ)g′(ξ)

    连续函数性质

    最值定理

    设 f(x) 在

    则 f(x) 在 [a,b] 上必有最大值和最小值


    有界性定理

    设 f(x) 在

    则 f(x) 在 [a,b] 上必有界


    介值定理

    设 f(x) 在

    则任意介于 f(a) 和 f(b) 之间的数 C ,至少存在一点 ξ∈(a,b) ,使 f(ξ)=C

    推论

    设 f(x) 在

    则 f(x) 在 [a,b] 可取到介于最小值 m 和最大值 M 之间的任何值 C,并至少存在一点 ξ∈(a,b) ,使 f(ξ)=C


    零点定理

    设 f(x) 在

    则至少存在一点 ξ∈(a,b),使

    f(ξ)=0

    辅助函数

    ξf′(ξ)±nf(ξ)=0

    证 ξf′(ξ)+nf(ξ)=0

    可令:

    F(x)=xnf(x)

    证 ξf′(ξ)−nf(ξ)=0

    可令:

    F(x)=f(x)xn

    f′(ξ)+λf(ξ)=0

    证 f′(ξ)+λf(ξ)=0 , αf′(ξ)+βf(ξ)=0

    可令:

    F(x)=eλxf(x)F(x)=eβαxf(x)(α≠0)

    证 f′(ξ)+g′(ξ)f(ξ)=0, f′(ξ)+g(ξ)f(ξ)=0

    可令:

    F(x)=eg(x)f(x)F(x)=e∫g(x) dxf(x)

    ex 的一个小特点

    [exf(x)]′=ex[f(x)+f′(x)]

     

    常用不等式

    sin⁡x<x<tan⁡x(0<x<π2)
    x1+x<ln⁡(1+x)<x(x>0)(拉格朗日中值定理)
    abc⩽a+b+c3
    ex⩾1+x
    |a+b|⩽|a|+|b|
    |ab|=|a||b|
    | |a|−|b| |⩽|a±b|⩽|a|+|b|

    渐进线

    水平渐近线

    limx→∞f(x)=A

    竖直渐近线

    limx→x0f(x)=∞

    斜渐近线

    limx→∞f(x)x=alimx→∞(f(x)−ax)=by=ax+b

    其它一些奇奇怪怪的公式

    用 y=ax+b+α(x)(α(x)→0) 直接求斜渐近线,把 arctan⁡x 或 arctan⁡1x 处理为 ax+b 时使用:

    arctan⁡x+arctan⁡1x=π2(x>0)

    曲线

    弧微分

    ds=1+y′2 dx

    曲率

    直角坐标方程

    K=|y″|(1+y′2)32

    参数方程

    K=|y″x′−x″y′|(x′2+y′2)32

    曲率圆与曲率半径

    曲率半径 R :

    R=1K

    不定积分

    ∫0 dx=C
    ∫ax dx=axln⁡a+C∫xa dx=1a+1xa+1+C
    ∫1x dx=ln⁡|x|+C∫ex dx=ex+C
    ∫1x dx=2x+C
    ∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C∫cos⁡x dx=sin⁡x+C
    ∫sec2⁡x dx=tan⁡x+C∫csc2⁡x dx=−cot⁡x+C
    ∫sec⁡xtan⁡x dx=sec⁡x+C∫csc⁡xcot⁡x dx=−csc⁡x+C
    ∫11−x2 dx=arcsin⁡x+C∫11+x2 dx=arctan⁡x+C
    ∫1a2−x2 dx=arcsin⁡xa+C∫1a2+x2=1aarctan⁡xa+C
    ∫1x2−a2 dx=12aln⁡|x−ax+a|+C∫1a2−x2 dx=−12aln⁡|x−ax+a|+C
    ∫1x2+a2 dx=ln⁡|x+x2+a2|+C∫1x2−a2 dx=ln⁡|x+x2−a2|+C
    ∫sec⁡x dx=ln⁡|sec⁡x+tan⁡x|+C∫csc⁡x dx=−ln⁡|csc⁡x+cot⁡x|+C
    y+y2−1=e±x⟹y=12(ex+e−x)=cosh⁡x

    分部积分的选择

    把 pn(x) 以外的凑近微分号:

    ∫pn(x)eαx dx∫pn(x)sin⁡αx dx∫pn(x)cos⁡αx dx

    把 pn(x) 凑近微分号:

    ∫pn(x)ln⁡x dx∫pn(x)arctan⁡x dx∫pn(x)arcsin⁡x dx

    连续两次将 eαx (指数) 凑近微分号:

    ∫eαxsin⁡βx dx∫eαxcos⁡βx dx

    三角函数有理式凑微分规律

    1. R(−sin⁡x,   cos⁡x)=−R(sin⁡x,cos⁡x) 凑dcos⁡x

    2. R( sin⁡x, −cos⁡x)=−R(sin⁡x,cos⁡x) 凑dsin⁡x

    3. R(−sin⁡x,−cos⁡x)=−R(sin⁡x,cos⁡x) 凑dtan⁡x

    sin⁡x 与 cos⁡x 线性有理式相除

    ∫csin⁡x+dcos⁡xasin⁡x+bcos⁡x dx=∫A(acos⁡x−bsin⁡x)+B(asin⁡x+bcos⁡x)asin⁡x+bcos⁡x dx

    积不出来的函数

    ∫e−x2 dx∫sin⁡xx dx∫cos⁡xx dx

    判断 f(x) 原函数是否存在

    (xex)′ 的一个小特性

    (xex)′=(x+1)ex(x2ex)′=x(x+2)ex

    定积分

    常用公式

    ∫0π2sinn⁡x dx=∫0π2cosn⁡x dx={n−1n⋅n−3n−2,⋯,12⋅π2(n为正偶数)   n−1n⋅n−3n−2,⋯,23(n为大于1的奇数)
    ∫0πxf(sin⁡x) dx=π2∫0πf(sin⁡x) dx
    ∫0πsinn⁡x dx=2∫0π2sinn⁡x dx
    ∫0πcosn⁡x dx={0 ,n为奇数2∫0π2cosn⁡x dx ,n为偶数
    ∫02πcosn⁡x dx=∫02πsinn⁡x dx={0 ,n为奇数4∫0π2sinn⁡x dx ,n为偶数

    区间再现公式

    令 t=a+b−x ,则 x=a+b−t :

    ∫abf(x) dx=∫abf(a+b−t) dt

    奇偶性和周期性

    奇偶性

    ∫−aaf(x) dx={0 ,f(x)为奇函数2∫0af(x) dx ,f(x)为偶函数

    周期性

    ∫aa+Tf(x) dx=∫0Tf(x) dx
    ∫0nTf(x) dx=n∫aa+Tf(x) dx

    中值定理

    积分中值定理

    若 f(x) 在 [a,b] 上连续:

    ∫abf(x) dx=f(ξ)(b−a)(a<ξ<b)

    称 1b−a∫abf(x) dx 为 y=f(x) 在 [a,b] 上的平均值。

    积分中值定理的一个神奇操作

    牛顿-莱布尼兹公式和拉格朗日中值定理联系起来,得到积分中值定理:

    ∫abf′(x) dx=f(b)−f(a)=(b−a)f′(ξ)

    广义积分中值定理

    若 f(x), g(x) 在 [a,b] 上连续,且 g(x) 不变号:

    ∫abf(x)g(x) dx=f(ξ)∫abg(x) dx(a⩽ξ⩽b)

    注:往往搬出来的 f(x) ,满足 limf(x)=A≠0

    几何意义

    ∫011−x2 dx=π4
    ∫0aa2−x2 dx=π4a2
    ∫0a2ax−x2 dx=π4a2

    定义求极限

    in 的 i 可以是从 1⋯n (取每个区间的右端点)

    in 的 i 也可以是从 0⋯n−1 (取每个区间的左端点)

    ∫01f(x) dx=limn→∞1n∑i=1nf(in)

    可积性

    必要条件

    ∫abf(x) dx 存在 ⟹ f(x) 在 [a,b] 有界 (可积 ⟹ 有界)

    充分条件

    1. f(x) 在 [a,b] 上连续 ⟹ ∫abf(x) dx 存在 (连续 ⟹ 可积)(强条件,难满足)

    2. f(x) 在 [a,b] 上只有有限个第一类间断点 ⟹ ∫abf(x) dx 存在 (只有有限个第一类间断点 ⟹ 可积)(弱条件,易满足)

      • f(x) 在 [a,b] 可积 ⟹ ∫axf(t) dt 在 [a,b] 上连续 (可积 ⟹ 变上限积分连续)

    变上限积分

    变上限积分求导

    (∫φ1(x)φ2(x)f(t) dt)′=f[φ2(x)]⋅φ2′(x)−f[φ1(x)]⋅φ1′(x)

    变上限积分的连续性

    变上限积分的的可导性

    F(x)=∫axf(t) dt

    则在点 x=x0 处:

    1. f(x) 连续 ⟹ F(x) 可导,且 F′(x0)=f(x0)

    2. f(x) 可去 ⟹ F(x) 可导,且 F′(x0)=limx→x0f(x0)

    3. f(x) 跳跃 ⟹ F(x) 连续但不可导,且 F−′(x0)=f(x0−),F+′(x0)=f(x0+)

    物理应用

    平面图形面积

    S=∫ab[f(x)−g(x)] dxS=∬D1 dδ=∫abdx∫g(x)f(x)dy
    S=12∫αβρ2(θ) dθS=∬D1 dδ=∫αβdθ∫0ρ(θ)ρ dρ

    空间体的体积

    旋转体的体积

    V=2π∬Dr(x,y) dσr(x,y)=|ax+by+c|a2+b2
    Vx=π∫abf2(x) dxVx=2π∬Dy dσ=2π∫abdx∫0f(x)y dy
    Vy=2π∫abxf(x) dxVy=2π∬Dx dσ=2π∫abdx∫0f(x)x dy

    已知横截面面积的体积

    V=∫abS(x) dx

    点到直线距离

    d=|Ax0+By0+CA2+B2|

    曲线弧长

    曲线 C

    C:y=y(x),a⩽x⩽b:

    S=∫ab1+y′2 dx

    C:{x=x(t)y=y(t),α⩽t⩽β:

    S=∫αβx′2+y′2 dt

    C:ρ=ρ(θ),α⩽θ⩽β:

    S=∫αβρ2+ρ′2 dθ

    旋转体侧面积

    S=2π∫abf(x) ds
    S=2π∫abf(x)1+f′2(x) dxS=2π∫αβf(x)x′2+y′2 dt

    物理公式

    质心坐标(形心横坐标)

    则质心坐标为:

    x―=∫abxρ(x) dx∫abρ(x) dx

    不规则物体质心坐标

    x―=∬Dxρ(x,y) dσ∬Dρ(x,y) dσ

    形心坐标

    x―=∬Dx dσS

    各种经典函数曲线

    心形线

    心形线

    ρ=a(1+cos⁡θ)

    心形线

    ρ=a(1−cos⁡θ)

    星形线

    星形线

    {x=acos3⁡ty=asin3⁡t

    摆线(最速降线)

    cycloid

    {x=a(t−sin⁡t)y=a(1−cos⁡t)(0⩽t⩽2π)

    双纽线

    shuangniuxian

    (x2+y2)2=x2−y2

    玫瑰线

    meiguixian

    ρ=asin⁡3θ

    阿基米德螺线

    meiguixian

    ρ=aθ

    笛卡尔叶形线

    meiguixian

    x3+y3−3axy=0

    不等式

    各个基本不等式

    |∫abf(x) dx|⩽∫ab| f(x) | dx

    若在 [a,b] 上 f(x)⩽g(x) :

    ∫abf(x) dx⩽∫abg(x) dx

    M 和 m 分别为 [a,b] 上的最大值和最小值:(估值定理)

    m(b−a)⩽∫abf(x) dx⩽M(b−a)

    柯西积分不等式

    f(x) 和 g(x) 连续,则:

    (∫abf(x)g(x) dx)2⩽∫abf2(x) dx∫abg2(x) dx

    反常积分

    无穷区间反常积分敛散性

    常用结论

    ∫a+∞1xp dx{p>1 ,收敛p⩽1 ,发散(a>0)

    比较判别法

    (大敛小必敛,小散大必散)

    设

    则

    1. ∫a+∞g(x) dx 收敛 ⟹ ∫a+∞f(x) dx 收敛

    2. ∫a+∞f(x) dx 发散 ⟹ ∫a+∞g(x) dx 发散

    比较判别法的极限形式

    (大敛小必敛,小散大必散)

    设

    则

    1. λ>0 时,∫a+∞f(x) dx 和 ∫a+∞g(x) dx 同敛散

    2. λ=0 时,∫a+∞g(x) dx 收敛 ⟹ ∫a+∞f(x) dx 收敛

    3. λ=+∞ 时,∫a+∞g(x) dx 发散 ⟹ ∫a+∞f(x) dx 发散

    无界函数反常积分敛散性

    常用结论

    ∫ab1(x−a)p dx  ,  ∫ab1(b−x)p dx{p<1 ,收敛p⩾1 ,发散

    比较判别法

    (大敛小必敛,小散大必散)

    设

    则

    1. ∫abg(x) dx 收敛 ⟹ ∫abf(x) dx 收敛

    2. ∫abf(x) dx 发散 ⟹ ∫abg(x) dx 发散

    比较判别法的极限形式

    (大敛小必敛,小散大必散)

    设

    则

    1. λ>0 时,∫abf(x) dx 和 ∫abg(x) dx 同敛散

    2. λ=0 时,∫abg(x) dx 收敛 ⟹ ∫abf(x) dx 收敛

    3. λ=+∞ 时,∫abg(x) dx 发散 ⟹ ∫abf(x) dx 发散

    ∫0+∞xα−1e−x dx 特性

    函数形式:

    Γ(α)  =  ∫0+∞xα−1e−x dx

    特性:

    1. Γ(α+1)=αΓ(α)

    2. Γ(n+1)=n ! (n 为整数)

    3. Γ(12)=π

    微分方程

    齐次微分方程

    u=yxy=uxdydx=u+xdudx

    一阶线性微分方程

    y′+p(x)y=Q(x)
    y=e−∫p(x) dx[∫Q(x)e∫p(x) dx dx+C]

    可降阶的高阶方程

    y″=f(x,y′) (不显含 y )

    y′=py″=p′

    y″=f(y,y′) (不显含 x )

    y′=py″=pdpdy

    常系数齐次线性微分方程 y″+py′+qy=0

    y″+py′+py=0
    r2+pr+q=0
    1. r1≠r2 为两个不相等的实特征根

    y=C1er1x+C2er2x
    1. r1=r2 为二重实特征根

    y=(C1+C2x)er1x
    1. r1=α+βi, r2=α−βi 为共轭复根

    y=eαx(C1cos⁡βx+C2sin⁡βx)

    常系数非齐次线性微分方程 y″+py′+qy=f(x)

    f(x)=Pm(x)eλx

    y″+py′+qy=f(x)r2+pr+q=0

    若 f(x)=Pm(x)eλx

    设 y∗ 的方法:

    y∗=xkQm(x)eλx
    1. 把 Qm(x) 设出来,是 Pm(x) 的同次多项式,0次就设 a ,1次就设 ax+b,2次就设 ax2+bx+c。

    2. 求 r2+pr+q=0 ,求得r1, r2 。

    3. 抄 f(x) ,把 λ 等于几写出来,λ 是 eλx 中的 λ 的值。

    4. 比对 r 和 λ 的相同个数,相同的数量即为 k ,把 k 写出来,把 xk 写出来。

    5. eλx 照抄。

    f(x)=eαx[Pl(1)(x)cos⁡βx+Pn(2)(x)sin⁡βx]

    若 f(x)=eαx[Pl(1)(x)cos⁡βx+Pn(2)(x)sin⁡βx]

    设 y∗ 的方法:

    y∗=xkeαx[Rm(1)(x)cos⁡βx+Rm(2)(x)sin⁡βx]m=max{l,n}
    1. 把 Rm(1)(x) 和 Rm(2)(x) 设出来,Rm(x) 是 Pl(1)(x) 和 Pn(2)(x) 的中的最高次项多项式,0次就设 a 和 b ,1次就设 ax+b 和cx+d ,2次就设 ax2+bx+c 和 dx2+ex+f 。

    2. cos⁡βx 和 sin⁡βx 照抄。

    3. 求 r2+pr+q=0 ,求得r1, r2 。

    4. 抄 f(x) ,把 α+βi 写出来,α 是 eαx 中的 α 的值,β 是 cos 或者 sin 中的 β 。

    5. 比对 r 和 α+βi 的相同个数,相同的数量即为 k ,把 k 写出来,把 xk 写出来。

    6. eαx 照抄。

    多元函数微分学

    偏导数定义

    fx′(x0, y0) = limΔx→0f(x0+Δx, y0)−f(x0, y0)Δx = limx→x0f(x, y0)−f(x0, y0)x−x0 = d[f(x, y0)]dx | x=x0
    fy′(x0, y0) = limΔy→0f(x0, y0+Δy)−f(x0, y0)Δy = limy→y0f(x0, y)−f(x0, y0)y−y0 = d[f(x0, y)]dy | y=y0

    全微分定义(四条等价的定义)

    Δz=f(x0+Δx, y0+Δy)−f(x0, y0)=AΔx+BΔy+o(ρ)
    limΔx→0Δy→0[f(x0+Δx, y0+Δy)−f(x0, y0)]−[AΔx+BΔy](Δx)2+(Δy)2=0
    Δz=f(x, y)−f(x0, y0)=A(x−x0)+B(y−y0)+o(ρ)
    limx→x0y→y0[f(x, y)−f(x0, y0)]−[A(x−x0)+B(y−y0)](x−x0)2+(y−y0)2=0

    可微性判定

    必要条件

    可微 ⟹ fx′(x0, y0) 和 fy′(x0, y0) 都存在(可微 ⟹ 一阶偏导数存在)

    充分条件

    fx′(x, y) 和 fy′(x, y) 在 (x0, y0) 连续 ⟹ 可微(一阶偏导数都存在并且连续 ⟹ 可微)

    定义判定

    两个条件都满足才可微:

    1. fx′(x0, y0) 和 fy′(x0, y0) 都存在。(一阶偏导数至少一个不存在 ⟹ 不可微)

    2.  

    limΔx→0Δy→0[f(x0+Δx, y0+Δy)−f(x0, y0)]−[fx′(x0, y0)Δx+fy′(x0, y0)Δy](Δx)2+(Δy)2=0

    隐函数偏导数

    ∂y∂x=−Fx′Fy′
    ∂z∂x=−Fx′Fz′∂z∂y=−Fy′Fz′

    极值判定

    极值的必要条件

    fx′(x0,y0)=0fy′(x0,y0)=0

    极值的充分条件

    以下是决定函数内部是否有最大值和最小值:

    A=fxx″(x0,y0)B=fxy″(x0,y0)C=fyy″(x0,y0)
    1. 若AC−B2>0 ,则 (x0,y0) 为 f(x,y) 的极值点

      • A<0 ,则 (x0,y0) 为 f(x,y) 的极大值点

      • A>0 ,则 (x0,y0) 为 f(x,y) 的极小值点

    2. 若AC−B2<0 ,则 (x0,y0) 不为 f(x,y) 的极值点

    3. 若AC−B2=0 ,则不确定,一般用定义判定

    拉格朗日乘数法

    z=f(x,y)

    z=f(x,y)

    约束条件 φ(x,y)

    F(x,y,φ)=f(x,y)+λφ(x,y)
    {fx′(x,y)+λφx′(x,y)=0fy′(x,y)+λφy′(x,y)=0φ(x,y)=0

    (x,y) 为可能的极值点

    u=f(x,y,z)

    u=f(x,y,z)

    约束条件 φ(x,y,z) ,ψ(x,y,z)

    F(x,y,z,φ,ψ)=f(x,y,z)+λφ(x,y,z)+μψ(x,y,z)
    {fx′(x,y,z)+λφx′(x,y,z)+μψx′(x,y,z)=0fy′(x,y,z)+λφy′(x,y,z)+μψy′(x,y,z)=0fz′(x,y,z)+λφz′(x,y,z)+μψz′(x,y,z)=0φ(x,y,z)=0ψ(x,y,z)=0

    (x,y,z) 为可能的极值点

    最大最小值

    1. 求 f(x) 在 D 内部可能的极值点,即 f′(x)=0

    2. 求 f(x) 在 D 边界上的最大最小值,用拉格朗日乘数法

    3. 比较所有驻点大小

    二重积分

    极坐标计算

    ∬Df(x,y) dσ=∫αβdθ∫φ1(θ)φ2(θ)f(ρcos⁡θ,ρsin⁡θ)ρ dρ

    适合极坐标的被积函数:(以被积函数为主)

    f(x2+y2)f(yx)f(xy)

    适合极坐标的积分域:

    x2+y2⩽R2r2⩽x2+y2⩽R2x2+y2⩽2axx2+y2⩽2by

    奇偶性计算

    积分域 D 关于 y 轴对称(即关于 x=0 对称):

    ∬Df(x,y) dσ={2∬Dx⩾0f(x,y) dσ,f(x,y)关于x为偶函数0,f(x,y)关于x奇函数

    积分域 D 关于 x 轴对称(即关于 y=0 对称):

    ∬Df(x,y) dσ={2∬Dy⩾0f(x,y) dσ,f(x,y)关于y为偶函数0,f(x,y)关于y奇函数

    变量对称性

    结论

    对于一个二重积分,

    则值不变。

    推论 1

    积分域 D 关于 y=x 对称:

    则值不变,即:

    ∬Df(x,y) dσ=∬Df(y,x) dσ

    推论 2

    被积函数 f(x,y) 关于 y=x 对称:

    则值不变,即:

    ∬D1f(x,y) dσ=∬D2f(x,y) dσ

    推论 3

    积分域 D 关于 y=x 对称,同时被积函数 f(x,y) 也关于 y=x 对称:

    则大区域 D 上积分值的一半等于任意一个小区域 D1 或 D2 积分的值,即:

    12∬Df(x,y) dσ=∬D1f(x,y) dσ=∬D2f(x,y) dσ

    不等式

    |∬Df(x,y) dσ|⩽∬D| f(x,y) | dσ

    若在 D 上 f(x,y)⩽g(x,y) :

    ∬Df(x,y) dσ⩽∬Dg(x,y) dσ

    若在 D 上 m⩽f(x,y)⩽M ( σ 为区域 D 面积 ):

    mσ⩽∬Df(x,y) dσ⩽Mσ

    常用结论

    一个概率论中的常用结论:

    ∫−∞+∞e−t2 dt=π