∃A,∀ε>0,∃δ>0,使x∈(a-δ,a)∪(a,a+δ)时│f(x)-A│<ε ⇔ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)=A
无穷极限
∃A,∀ε>0,∃δ>0,使│x-a│>δ时│f(x)-A│<ε ⇔ lim x → ∞ \lim\limits_{x→∞} x→∞limf(x)=A
单侧极限
右极限定义为∃A,∀ε>0,∃δ,使x∈(a+δ,a)时│f(x)-A│<ε ⇔ lim x → a − \lim\limits_{x→a^-} x→a−limf(x)=A,左极限同理
极限有界性
lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)存在⇒∃δ,f(x)在(a-δ,a)∪(a,a+δ)内有界
极限保号性
∃δ,∀f(x)∈(a-δ,a)∪(a,a+δ),f(x)为正(负)⇒ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)存在则为正(负)
极限的四则运算
lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x) = A, lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimg(x) = B ⇒ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimk1f(x)+k2g(x)=k1A+k2B, lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimfg = AB, lim x → a f ( x ) ‾ g ( x ) = A ‾ B \lim\limits_{x→a}\begin{matrix}\underline{f(x)}\\g(x)\end{matrix}=\begin{matrix}\underline A\\B\end{matrix} x→alimf(x)g(x)=AB
极限存在条件
lim x → a + \lim\limits_{x→a^+} x→a+limf(x)= lim x → a − \lim\limits_{x→a^-} x→a−limf(x)=A ⇔ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)=A
夹逼准则
x→+∞时f(x)<g(x)<h(x), lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)= lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimh(x)=A ⇒ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimg(x)=A
极限典中典
lim x → 0 sin x ‾ x \lim\limits_{x→0}\begin{matrix}\underline{\sin x}\\x\end{matrix} x→0limsinxx=1, lim x → 0 ( 1 + x ) 1 x \lim\limits_{x→0}(1+x)^\frac 1x x→0lim(1+x)x1= lim x → ∞ ( 1 + 1 x ) x \lim\limits_{x→∞}(1+\frac 1x)^x x→∞lim(1+x1)x=e
无穷大量
∀M>0,∃δ>0,使0<│x-a│<δ时│f(x)│>M ⇔ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)=∞
无穷小量
∀ε>0,∃δ>0,使0<│x-a│<δ时│f(x)│<ε ⇔ lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x)=0
极限的阶
lim x → 0 f ( x ) ‾ g ( x ) \lim\limits_{x→0}\begin{matrix}\underline{f(x)}\\g(x)\end{matrix} x→0limf(x)g(x)=0/1/C/∞时f(x)是g(x)的高阶/等价/同阶/低阶无穷小
连续
概念
公式
函数的连续性
f(x)在x=a处连续 ⇔ lim x → a ⇔\lim\limits_{x→a} ⇔x→alimf(x)=f(a),只取一边极限则为左(右)连续;在区间上每一点连续⇔在该区间连续
函数的连续特性
连续函数的线性组合、乘、除(分母非零)、复合函数、反函数以及初等函数都在定义好的区间内连续
第一类间断点
f(a-),f(a+)都存在的点,相等为可去间断点,不相等为跳跃间断点
第二类间断点
f(a-) , , ,f(a+)不存在的点,若两者中有∞则为无穷间断点,否则为振荡间断点
单调有界准则
单调增函数有上界则有上极限,单调减函数有下界则有下极限
二重极限
lim ( x , y ) → ( x 0 , y 0 ) \lim\limits_{(x,y)→(x_0,y_0)} (x,y)→(x0,y0)limf=A ⇔ ∃A,∀δ,∃ε>0,在0< ( x − x 0 ) 2 + ( y − y 0 ) 2 \sqrt{(x-x_0)^2+(y-y_0)^2} (x−x0)2+(y−y0)2<δ时有│f(x,y)-A│<ε
二元连续
lim ( x , y ) → ( x 0 , y 0 ) \lim\limits_{(x,y)→(x_0,y_0)} (x,y)→(x0,y0)limf(x,y)=f(x0,y0)
导数与微分
概念
公式
导数
f’(x0)= lim Δ x → 0 f ( x 0 + Δ x ) − f ( x ) ‾ Δ x = lim x → x 0 f ( x ) − f ( x 0 ) ‾ x − x 0 \lim\limits_{Δx→0}\begin{matrix}\underline{f(x_0+Δx)-f(x)}\\Δx\end{matrix}=\lim\limits_{x→x_0}\begin{matrix}\underline{f(x)-f(x_0)}\\x-x_0\end{matrix} Δx→0limf(x0+Δx)−f(x)Δx=x→x0limf(x)−f(x0)x−x0,左、右导数为f’(x0-)、f’(x0+)
可导
函数在某一点的左·右导数存在且相等,偏导数、方向导数同理
微分
Δx→0时,Δy=f(x0+Δx)-f(x0)=AΔx+o(Δx)
一元导微关系
可微 ⇔ 可导 ⇒ 连续,dy=f’(x0)Δx+o(Δx)
切线/法线
切线为y=f’(x0)(x-x0)+f(x0),法线为 y = − x − x 0 f ′ ( x 0 ) ‾ + f ( x 0 ) y=-\begin{matrix}x-x_0\\\overline{f'(x_0)}\end{matrix}+f(x_0) y=−x−x0f′(x0)+f(x0)
导数的物理意义
位移的导数为速度,速度的导数为加速度,⋯⋯
导/微的线性性
(af+bg)‘=af’+bg’
乘除法的微分
(fg)‘=f’g+fg’, ( f g ) ′ = f ′ g − f g ′ ‾ g 2 (\frac fg)'=\begin{matrix}\underline{f'g-fg'}\\g^2\end{matrix} (gf)′=f′g−fg′g2
复合函数求导
f’(g(x))=f’(u)│u=g(x)g’(x)
求高阶导公式
(fg)(n)= ∑ i = 0 n C n i f ( i ) g ( n − i ) ∑_{i=0}^nC_n^if^{(i)}g^{(n-i)} ∑i=0nCnif(i)g(n−i)
反函数的求导
x y ′ = d x ‾ d y = 1 d y / d x = 1 y x ′ ‾ , x y ′ ′ = d d y ‾ ⋅ 1 y x ′ ‾ = d d x ‾ ⋅ 1 y x ′ ‾ ⋅ d x ‾ d y = − y x ′ ′ ( y x ′ ) 3 ‾ , ⋯ x'_y=\begin{matrix}\underline{\mathrm dx}\\\mathrm dy\end{matrix}=\frac1{\mathrm dy/\mathrm dx}=\begin{matrix}1\\\overline{y'_x}\end{matrix},x''_y=\begin{matrix}\mathrm d\\\overline{\mathrm dy}\end{matrix}·\begin{matrix}1\\\overline{y'_x}\end{matrix}=\begin{matrix}\mathrm d\\\overline{\mathrm dx}\end{matrix}·\begin{matrix}1\\\overline{y'_x}\end{matrix}·\begin{matrix}\underline{\mathrm dx}\\\mathrm dy\end{matrix}=\begin{matrix}-y''_x\\\overline{(y'_x)^3}\end{matrix},⋯ xy′=dxdy=dy/dx1=1yx′,xy′′=ddy⋅1yx′=ddx⋅1yx′⋅dxdy=−yx′′(yx′)3,⋯
洛必达法则
f(x),g(x)在a的某去心邻域可导, lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimf(x) = lim x → a \lim\limits_{x→a} x→alimg(x) = 0或∞ ⇒ lim x → a f ( x ) ‾ g ( x ) = lim x → a f ′ ( x ) ‾ g ′ ( x ) \lim\limits_{x→a}\begin{matrix}\underline{f(x)}\\g(x)\end{matrix}=\lim\limits_{x→a}\begin{matrix}\underline{f'(x)}\\g'(x)\end{matrix} x→alimf(x)g(x)=x→alimf′(x)g′(x)
洛必达典中典
lim x → 0 + x ln x = lim x → 0 + ln x ‾ x − 1 = lim x → 0 + x − 1 − x − 2 ‾ = lim x → 0 + − x = 0 \lim\limits_{x→0^+}x\ln x=\lim\limits_{x→0^+}\begin{matrix}\underline{\ln x}\\x^{-1}\end{matrix}=\lim\limits_{x→0^+}\begin{matrix}x^{-1}\\\overline{-x^{-2}}\end{matrix}=\lim\limits_{x→0^+}-x=0 x→0+limxlnx=x→0+limlnxx−1=x→0+limx−1−x−2=x→0+lim−x=0
连续函数恒有 f ( x 1 + x 2 ‾ 2 ) < ( > ) f ( x 1 ) + f ( x 2 ) ‾ 2 f(\begin{matrix}\underline{x_1+x_2}\\2\end{matrix})<(>)\begin{matrix}\underline{f(x_1)+f(x_2)}\\2\end{matrix} f(x1+x22)<(>)f(x1)+f(x2)2,即为凹(凸)函数,且f"(x)≥(≤)0
S= ∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞an= lim n → ∞ ∑ i = 1 n \lim\limits_{n→∞}∑\limits_{i=1}^n n→∞limi=1∑nan
无穷级数末零性
∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞an收敛⇒ lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞liman=0
无穷级数线性性
∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞an=S1, ∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞bn=S2⇒ ∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞(k1an+k2bn)=k1S1+k2S2
无穷级数重排性
改变级数的有限项不影响其敛散性;改变收敛级数的相加顺序,其和不变
正项/交错级数
每一项都为正的级数为正项级数,一项正一项负的级数为交错级数
柯西收敛准则
∀ε>0,∃N,当n>N时,∀p>0, ∣ ∑ i = n + 1 n + p a i ∣ \begin{vmatrix}∑\limits_{i=n+1}^{n+p}a_i\end{vmatrix} i=n+1∑n+pai<ε⇔ ∑ n = 1 ∞ a n ∑\limits_{n=1}^∞a_n n=1∑∞an收敛
正项放缩判别法
an≥bn或 lim n → ∞ b n ‾ a n = 0 ⇒ \lim\limits_{n→∞}\begin{matrix}\underline{b_n}\\a_n\end{matrix}=0⇒ n→∞limbnan=0⇒∑an敛则∑bn敛,∑bn散则∑an散,注意运用调和级数∑ 1 n \frac1n n1
正项极限判别法
对两正项级数, lim n → ∞ a n b n ‾ = \lim\limits_{n→∞}\begin{matrix}a_n\\\overline{b_n}\end{matrix}= n→∞limanbn=C≠0⇒∑an,∑bn同敛散;非正项级数不适用,如 ( − 1 ) n ‾ n + 1 n : ( − 1 ) n ‾ n \begin{matrix}\underline{(-1)^n}\\\sqrt n\end{matrix}+\frac1n:\begin{matrix}\underline{(-1)^n}\\\sqrt n\end{matrix} (−1)nn+n1:(−1)nn
正项比值判别法
lim n → ∞ a n + 1 ‾ a n < 1 \lim\limits_{n→∞}\begin{matrix}\underline{a_{n+1}}\\a_n\end{matrix}<1 n→∞liman+1an<1则级数收敛, lim n → ∞ a n + 1 ‾ a n > 1 \lim\limits_{n→∞}\begin{matrix}\underline{a_{n+1}}\\a_n\end{matrix}>1 n→∞liman+1an>1则级数发散
正项根值判别法
lim n → ∞ a n n < 1 \lim\limits_{n→∞}\sqrt[n]{a_n}<1 n→∞limnan<1则级数收敛, lim n → ∞ a n n > 1 \lim\limits_{n→∞}\sqrt[n]{a_n}>1 n→∞limnan>1则级数发散
正项积分判别法
∑ n = k ∞ ∑\limits_{n=k}^∞ n=k∑∞an和 ∫ k ∞ ∫_k^∞ ∫k∞a(x)dx同敛散
正项p-判别法
∃p>1, lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞limnpan=C⇒∑an收敛;∃p≤1, lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞limnpan≠0⇒∑an发散
莱布尼茨判别法
交错级数的绝对值单调不增且 lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞liman=0⇒该级数收敛且 ∑ n = k + 1 ∞ ∑\limits_{n=k+1}^∞ n=k+1∑∞│an│≤│ak│
绝对/条件收敛
∑│an│敛则绝对收敛,∑an敛而∑│an│散则条件收敛
任意级数通性
∑│an│敛⇒∑an敛;任意级数有 lim n → ∞ ∣ a n + 1 ‾ a n ∣ > 1 \lim\limits_{n→∞}\begin{vmatrix}\underline{a_{n+1}}\\a_n\end{vmatrix}>1 n→∞liman+1an>1或 lim n → ∞ │ a n │ n > 1 \lim\limits_{n→∞}\sqrt[n]{│a_n│}>1 n→∞limn│an│>1则发散
幂级数与和函数
S(x)= ∑ n = 0 ∞ ∑\limits_{n=0}^∞ n=0∑∞an(x-a)n,x∈收敛域
求收敛半径
未缺项时 lim n → ∞ ∣ a n + 1 ‾ a n ∣ = lim n → ∞ ∣ a n ∣ n = 1 R ‾ \lim\limits_{n→∞}\begin{vmatrix}\begin{matrix}\underline{a_{n+1}}\\a_n\end{matrix}\end{vmatrix}=\lim\limits_{n→∞}\sqrt[n]{\begin{vmatrix}a_n\end{vmatrix}}=\begin{matrix}1\\\overline R\end{matrix} n→∞liman+1an=n→∞limnan=1R,缺项时 lim n → ∞ ∣ a n + k ‾ a n ∣ = 1 R k ‾ \lim\limits_{n→∞}\begin{vmatrix}\begin{matrix}\underline{a_{n+k}}\\a_n\end{matrix}\end{vmatrix}=\begin{matrix}1\\\overline{R^k}\end{matrix} n→∞liman+kan=1Rk
幂级数收敛区间
幂级数在a点展开,收敛半径为R时,收敛区间=(a-R,a+R)
幂级数收敛域
收敛域 = 收敛区间 ∪ 收敛端点
幂级数阿贝敛理
∑ n = 0 ∞ ∑\limits_{n=0}^∞ n=0∑∞an(x-a)n在b点收敛⇒│x-a│<│b-a│时该级数绝对收敛
幂级数阿贝散理
∑ n = 0 ∞ ∑\limits_{n=0}^∞ n=0∑∞an(x-a)n在b点发散⇒│x-a│>│b-a│时该级数发散
复合收敛半径
两个在同一点展开的级数相加或相乘后,新级数的R=min(R1,R2)
幂级数的连续性
幂级数的和函数在其收敛域内连续
逐项求导与积分
S’(x)= ∑ n = 1 ∞ ∑\limits_{n=1}^∞ n=1∑∞nan(x-a)n-1,求导后仅收敛区间不变; ∫ 0 x ∫_0^x ∫0xS(t)dt= ∑ n = 0 ∞ a n n + 1 ‾ x n + 1 ∑\limits_{n=0}^∞\begin{matrix}a_n\\\overline{n+1}\end{matrix}x^{n+1} n=0∑∞ann+1xn+1
泰勒级数
f ( x ) = ∑ n = 0 ∞ f ( n ) ( x 0 ) ‾ n ! ( x − x 0 ) n , f ( n + 1 ) ( ξ ) ‾ ( n + 1 ) ! ( x − x 0 ) n + 1 f(x)=∑\limits_{n=0}^∞\begin{matrix}\underline{f^{(n)}(x_0)}\\n!\end{matrix}(x-x_0)^n,\begin{matrix}\underline{f^{(n+1)}(ξ)}\\(n+1)!\end{matrix}(x-x_0)^{n+1} f(x)=n=0∑∞f(n)(x0)n!(x−x0)n,f(n+1)(ξ)(n+1)!(x−x0)n+1为拉格朗日余项, o ( x n ) o(x^n) o(xn)为皮亚诺余项
泰勒级数使用条件
f(x)在x=x0的某邻域内可泰勒展开⇔f(x)在该邻域内具有任意阶导数,余项 lim n → ∞ \lim\limits_{n→∞} n→∞limRn(x)=0
麦克劳林级数
f(x) = ∑ n = 0 ∞ f ( n ) ( 0 ) ‾ n ! x n ∑\limits_{n=0}^∞\begin{matrix}\underline{f^{(n)}(0)}\\n!\end{matrix}x^n n=0∑∞f(n)(0)n!xn
幂级数唯一性
在x=x0的某邻域有 ∑ n = 0 ∞ ∑\limits_{n=0}^∞ n=0∑∞an(x-a)n = ∑ n = 0 ∞ ∑\limits_{n=0}^∞ n=0∑∞bn(x-b)n⇔ai=bi
常用展开式
见另一篇博客
狄利克雷条件
周期函数 f ( x ) f(x) f(x)在一个周期内连续,或只有有限个第一类间断点和极值,且绝对可积
傅里叶级数
f ( x ) = a 0 ‾ 2 + ∑ n = 1 ∞ ( a n cos 2 π n T x + b n sin 2 π n T x ) , { a 0 = 2 T ∫ a a + T f ( x ) d x a n = 2 T ∫ a a + T f ( x ) cos 2 π n T x d x b n = 2 T ∫ a a + T f ( x ) sin 2 π n T x d x f(x)=\begin{matrix}\underline{a_0}\\2\end{matrix}+∑\limits_{n=1}^∞(a_n\cos\frac{2πn}Tx+b_n\sin\frac{2πn}Tx), \left\{\begin{matrix}a_0=\frac2T∫\limits_a^{a+T}f(x)\mathrm dx\\a_n=\frac2T∫\limits_a^{a+T}f(x)\cos\frac{2πn}Tx\mathrm dx\\b_n=\frac2T∫\limits_a^{a+T}f(x)\sin\frac{2πn}Tx\mathrm dx\end{matrix}\right. f(x)=a02+n=1∑∞(ancosT2πnx+bnsinT2πnx),⎩⎨⎧a0=T2a∫a+Tf(x)dxan=T2a∫a+Tf(x)cosT2πnxdxbn=T2a∫a+Tf(x)sinT2πnxdx
傅里叶级数特性
f(x)在某区间内满足狄利克雷条件即可“傅展”,展后为以被展区间为周期的周期函数
狄利克雷收敛定理
在f(x)的间断点x=a处,其傅里叶级数收敛于 f ( a − ) + f ( a + ) ‾ 2 \begin{matrix}\underline{f(a^-)+f(a^+)}\\2\end{matrix} f(a−)+f(a+)2
倒数平方和
在[-π,π]上将f(x)=│x│展开成傅里叶级数,可算出 ∑ n = 1 ∞ 1 n 2 ‾ = π 2 ‾ 6 \sum\limits_{n=1}^∞\begin{matrix}1\\\overline{n^2}\end{matrix}=\begin{matrix}\underline{π^2}\\6\end{matrix} n=1∑∞1n2=π26
1.不定积分
常见不定积分公式 1.不定积分2大类题型:
1.不定积分计算
2.不定积分杂例
若 f f f在区间 I I I上连续,则 f f f在区间 I I I上一定有原函数。 若 f f f在区间 I I I上有第一类间断点,则 f f f在 I I I上没有原函数。
2.不定积…
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