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高等数学公式
导数公式:
(tgx)??sec2x(arcsinx)??1
(ctgx)???csc2x?x2
(secx)??secx?tgx(arccosx)???1
(cscx)???cscx?ctgx?x2
(ax)??axlna(arctgx)??1
1?x2
(logax)??1xlna(arcctgx)???1
1?x2
基本积分表:
?tgxdx??lncosx?C?dx22xdx?tgx?C
?ctgxdx?lnsinx?Ccosx??sec
2
?secxdx?lnsecx?tgx?C?dxsin2x??cscxdx??ctgx?C
?cscxdx?lncscx?ctgx?C?secx?tgxdx?secx?C
?dxx?cscx?ctgxdx??cscx?C
a2?x2?1aarctga?C
dx?ax
?dx?1lnx?a?ax
lna?C
x2?a22ax?a?C
?chx?C
?dx1a?x?shxdx
a2?x2?2alna?x?C?chxdx?shx?C
?dx?arcsinx
2a?C?dx?ln(x?x2?a2)?C
a?x2x2?a2
??
22
In?1
n??sinnxdx??cosnxdx?
00nIn?2
?x2?a2dx?xx2?a2?a2
2ln(x?x2?a2
2)?C
2
?x2?a2dx?x22a
2x?a?2lnx?x2?a2?C
?a2?x2dx?xa2
22x
2a?x?2arcsina?C
三角函数的有理式积分:
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sinx?2u1?u2
1?u2, cosx?1?u, u?x
2tg2, dx?2du
1?u2
一些初等函数: 两个重要极限:
ex?e?x
双曲正弦:shx?2limsinx
x?0x?1
双曲余弦:chx?ex?e?x
lim(1?159045...
2x??x)x?e?2.7182818284
x?x
双曲正切:thx?shx
chx?e?e
ex?e?x
arshx?ln(x?x2?1) archx??ln(x?x2?1)
arthx?1?x
2ln1
1?x
三角函数公式:
·诱导公式:
·和差角公式: ·和差化积公式:
sin(???)?sin?cos??cos?sin?sin??sin??2sin??????cos(???)?cos?cos??sin?sin?2cos2tg(???)?tg??tg?sin??sin??2cos???sin???
122
?tg??tg?
ctg??ctg??1cos??cos??2cos????
ctg(???)?2cos??
2
ctg??ctg?cos??cos??2sin???sin???
22
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·倍角公式:
sin2??2sin?cos?
cos2??2cos2??1?1?2sin2??cos2??sin2?sin3??3sin??4sin3?
2
ctg2??ctg??1cos3??4cos3??3cos?
2ctg?tg3??3tg??tg3?
tg2??2tg?1?3tg2?
1?tg2?
·半角公式:
sin?1?cos?
2??2 cos?cos?
2??1?
2 tg???1?cos?1?cos?sin???cos??21?cos??sin??1?cos? ctg2??1?cos??1?cos?
sin??sin
1?cos?
·正弦定理:a?bc2a2?b2
sinAsinB?sinC?2R ·余弦定理:c??2abcosC
·反三角函数性质:arcsinx??
2?arccosx arctgx??
2?arcctgx
高阶导数公式——莱布尼兹(Leibniz)公式:
n
(uv)(n)??Ck(n?k)
nuv(k)
k?0
?u(n)v?nu(n?1)v??n(n?1)?2)1)(n?k)k)
2!u(nv?????n(n?1)?(n?k?
k!uv(???uv(n)
中值定理与导数应用:
拉格朗日中值定理:f(b)?f(a)?f?(?)(b?a)
柯西中值定理:f(b)?f(a)
F(b)?F(a)?f?(?)
F?(?)
当F(x)?x时,柯西中值定理就是拉格朗日中值定理。
曲率:
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弧微分公式:ds??y?2dx,其中y??tg?
平均曲率:K???
?s.??:从M点到M?点,切线斜率的倾角变化量;?s:MM?弧长。
M点的曲率:K??lim??d?y??s?0?s?ds?.
(1?y?2)3
直线:K?0;
半径为a的圆:K?1
a.
定积分的近似计算:
b
矩形法:?f(x)?b?a?y1???yn?1)
an(y0
b
梯形法:?f(x)?b?a
n[1
2(y0?yn)?y1???yn?1]
a
b
抛物线法:?f(x)?b?a
3n[(y0?yn)?2(y2?y4???yn?2)?4(y1?y3???yn?1)]
a
定积分应用相关公式:
功:W?F?s
水压力:F?p?A
引力:F?km1m2
r2,k为引力系数
函数的平均值:y?1b
b?a?f(x)dx
a
均方根:1b
b?a?f2(t)dt
a
空间解析几何和向量代数:
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空间2点的距离:d?M221M
2
?
(x2?x1)?(y2?y1)?(z2?z1)
2
向量在轴上的投影:
PrjuAB?cos?,?是AB与u轴的夹角。
Prja????u(1?a2)?Prja1?Prjaa?b??a?b?
2??cos??axbx?ayby?azbz,是一个数量,
两向量之间的夹角:
cos??axbx?ayby?azbz
a2
2
2
2
x?ay?az?bx?b2
2
y?bz
ijk
c??a?
?b??ax
aa,c?y?a??b?
zsin?.例:线速度:v??w??r?.
bx
by
bz
ax
ayaz向量的混合积:[a?b?c?]?(a??b?)?c?
?bx
bybz?a??b??c?
cos?,?为锐角时,
cx
cy
cz
代表平行六面体的体积
。
平面的方程:1、点法式:
A(x?x(y?y,其中n?
0)?B0)?C(z?z0)?0?{A,B,C},M0(x0,y0,z0)2、一般方程:Ax?By?Cz?D?03、截距世方程:
xya?b?zc?1
平面外任意一点到该平面的距离:
d?
Ax0?By0?Cz0?D
A2
?B2
?C
2
?x?x0?mt
空间直线的方程:
x?x0m?y?y0n?z?z0p?t,其中?s?{m,n,p};参数方程:?
?y?y0?nt??
z?z0?pt
二次曲面:x2221、椭球面:a
2?yzb
2
?
c
2
?1
x2
y
2
2、抛物面:2p?
2q
?z(,p,q同号)
3、双曲面:222单叶双曲面:xa2?yb2?zc2?1
22双叶双曲面:
xa
2
?
yz2b
2
?
c
2
?(马鞍面)1
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多元函数微分法及应用
全微分:dz??zu
?xdx??z
?ydy du??
?xdx??u
?ydy??u
?zdz
全微分的近似计算:?z?dz?fx(x,y)?x?fy(x,y)?y
多元复合函数的求导法:
z?f[u(t),v(t)]dz?z?u?z?v
dt??u??t??v??t
z?f[u(x,y),v(x,y)]?z?z?u?z?v
?x??u??x??v??x
当u?u(x,y),v?v(x,y)时,
du??u
?xdx??u
?ydy dv??v
?xdx??v
?ydy
隐函数的求导公式:
2隐函数F(x,y)?0dy
dx??Fx
Fdy?Fx?Fdy
2?(?)+(?x)?
ydx?xFy?yFydx
隐函数F(x,y,z)?0?zFx?zFy
?x??F?y??
zFz
?F?F
隐函数方程组:?F(x,y,u,v)?0
??v
G(x,y,u,v)?0 J??(F,G)??u?FuFv
??(u,v)?G?GGuGv
?u?v
?u(F,G)?v1?(F,G)
?x??1?
J??(x,v)?x??J??(u,x)
?u1
?y??J??(F,G)
?(y,v)?v
?y??1
J??(F,G)
?(u,y)
微分法在几何上的应用:
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?x??(t)
x?x0y?y0z?z0?
空间曲线?y??(t)在点M(x0,y0,z0)处的切线方程:??
??(t0)??(t0)??(t0)?z??(t)
?在点M处的法平面方程:若空间曲线方程为:
??(t0)(x?x0)???(t0)(y?y0)???(t0)(z?z0)?0
,GzGzFz
Fz
,GxGxFx
Fx
FyG
y
??Fy?F(x,y,z)?0
,则切向量T?{?
GyG(x,y,z)?0??
曲面F(x,y,z)?0上一点M(x0,y0,z0),则:
?
1、过此点的法向量:n?{Fx(x0,y0,z0),Fy(x0,y0,z0),Fz(x0,y0,z0)}2、过此点的切平面方程3、过此点的法线方程:
:Fx(x0,y0,z0)(x?x0)?Fy(x0,y0,z0)(y?y0)?Fz(x0,y0,z0)(z?z0)?0x?x0
Fx(x0,y0,z0)
?
y?y0
Fy(x0,y0,z0)
?
z?z0
Fz(x0,y0,z0)
方
向导数与梯度:
函数z?f(x,y)在一点p(x,y)沿任一方向其中?为x轴到方向l的转角。
?f??f?函数z?f(x,y)在一点p(x,y)的梯度:gradf(x,y)?i?j
?x?y它与方向导数的关系是单位向量。
?l
多元函数的极值及其求法: ??f
是gradf(x,y)在l上的投影。
???f??
?gradf(x,y)?e,其中e?cos??i?sin??j,为l方向上的?l
l的方向导数为:
?f?l??f?xcos??
?f?ysin?
设fx(x0,y0)?fy(x0,y0)?0,令:fxx(x0,y0)?A, fxy(x0,y0)?B, fyy(x0,y0)?C??A?0,(x0,y0)为极大值2AC?B?0时,??
?A?0,(x0,y0)为极小值?
?2则:值?AC?B?0时, 无极
?AC?B2?0时, 不确定???
重积分及其应用:
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??
f(x,y)dxdy?
??
f(rcos?,rsin?)rdrd?
D
D?
2
曲面z?f(x,y)的面积A?
??
????z?
????z?
2
??x??
????y
?dxdyD?
??x?(x,y)d?
??
y?(x,y)d?
平面薄片的重心:?
Mx
?
D
My
M
???(x,y)d?
, ?
M
?
D???(x,y)d?
D
D
平面薄片的转动惯量:对于x轴Ix?
??
y2
?(x,y)d?, 对于y轴Iy?
??x
2
?(x,y)d?
D
D
平面薄片(位于xoy平面)对z轴上质点M(0,0,a),(a?0)的引力:F?{Fx,Fy,Fz},其中:
Fx?f
??
?(x,y)xd?
?
3
Fy?f??
?(x,y)yd?
Fz??fa???(x,y)xd3
3
D
(x2
?y2
?a2
)2D
(x2
?y2
?a2
)2D
(x2?y2?a2
)2
柱面坐标和球面坐标:
?x?rcos?
柱面坐标:?
?y?rsin?, ???f(x,y,z)dxdydz?
????
F(r,?,z)rdrd?dz,
?z?z
??
其中:F(r,?,z)?f(rcos?,rsin?,z)
?x?rsin?cos?球面坐标:??y?rsin?sin?, dv?rd??rsin??d??dr?r2
sin?drd?d?
??
z?rcos?
2?
?r(?,?)
???
f(x,y,z)dxdydz?
???
F(r,?,?)r2
sin?drd?d??
?d??d??F(r,?,?)r
2
sin?dr?
?
重心:?1???
x?dv, ?
1M
M
???
y?dv, ?
1z?dv, 其中
M??
???
?dv
?
?
M
???
?
?
转动惯量:
I2
2
2
2
2
x?
???(y
?z)?dv, I2
y?
???(x
?z)?dv, Iz?
???(x
?y)?dv
?
?
?
曲线积分:
第一类曲线积分(对弧
长的曲线积分):
设f(x,y)在L上连续,L的参数方程为:?x??(t)
?, (??t??),?
y??(t)则:
?
?
f(x,y)ds?
?
f[?(t),?(t)]??2(t)???2
(t)dt (???) 特殊情况:?x?t?
L
?
?y??(t)
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第二类曲线积分(对坐标的曲线积分):
设L的参数方程为?x??(t)
??y??(t),则:
?
?P(x,y)dx?Q(x,y)dy??{P[?(t),?(t)]??(t)?Q[?(t),?(t)]??(t)}dt
L?
两类曲线积分之间的关系:?Pdx?Qdy??(Pcos??Qcos?)ds,其中?和?分别为
LL
L上积分起止点处切向量的方向角。
格林公式:??(?QPQ?P
D?x???y)dxdy?Pdx?Qdy格林公式:??(?LD?x??y)dxdy?Pdx?QdyL
当P??y,Q?x?Q?P??dxdy?1
?x??y?2时,得到D的面积:A?2xdy?ydx
DL
·平面上曲线积分与路径无关的条件:
1、G是一个单连通区域;
2、P(x,y),Q(x,y)在G内具有一阶连续偏导数,且?Q
?x=?P
?y。注意奇点,如(0,0),应
减去对此奇点的积分,注意方向相反!
·二元函数的全微分求积:
在?Q=?P时,?x?yPdx?Qdy才是二元函数u(x,y)的全微分,其中:
(x,y)
u(x,y)??P(x,y)dx?Q(x,y)dy,通常设x0?y0?0。
(x0,y0)
曲面积分:
对面积的曲面积分:??f(x,y,z)ds???f[x,y,z(x,y)]?z22
x(x,y)?zy(x,y)dxdy
?Dxy
对坐标的曲面积分:??P(x,y,z)dydz?Q(x,y,z)dzdx?R(x,y,z)dxdy,其中:
?
??R(x,y,z)dxdy????R[x,y,z(x,y)]dxdy,取曲面的上侧时取正号;
?Dxy ??P(x,y,z)dydz????P[x(y,z),y,z]dydz,取曲面的前侧时取正号;
?Dyz
??Q(x,y,z)dzdx????Q[x,y(z,x),z]dzdx,取曲面的右侧时取正号。
?Dzx
两类曲面积分之间的关系:??Pdydz?Qdzdx?Rdxdy???(Pcos??Qcos??Rcos?)ds
??
高斯公式:
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???
?(?P?x??Q?y??R?z)dv?Pdydz??Qdzdx?Rdxdy?(Pcos???Qcos??Rcos?)ds
高斯公式的物理意义——通量与散度:
?div??0,则为消失...??P?Q?R散度:div????,即:单位体积内所产生的流体质量,若?x?y?z
通量:??A??n?ds???Ands???(Pcos??Qcos??Rcos?)ds,
???
因此,高斯公式又可写成:???divA?dv?Ands
??
斯托克斯公式——曲线积分与曲面积分的关系:
??(?R?QRP
??y??z)dydz?(?P?z???x)dzdx?(?Q?x???y)dxdy?Pdx?Qdy?Rdz?
dydzdzdxdxdycos?cos?cos?
上式左端又可写成:???????
??x?y?z??????x?y?z
PQRPQR
空间曲线积分与路径无关的条件:?R?Q?P?R?Q?P
?y??z?z??x?x??y
ijk
旋度:rotA?????
?x?y?z
PQR
向量场A?沿有向闭曲线?的环流量:Pdx?Qdy?Rdz?A???tds
??
常数项级数:
等比数列:1?q?q2???qn?1?1?qn
1?q
等差数列:1?2?3???n?(n?1)n
2
调和级数:1?1
2?1
3???1
n是发散的
级数审敛法:
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1、正项级数的审敛法——根植审敛法(柯西判别法):
???1时,级数收敛
设:??limn??u?n,则???1时,级数发散
????1时,不确定
2、比值审敛法:
设:??limU???1时,级数收敛
n?1,则?
??U???1时,级数发散
nn????1时,不确定
3、定义法:
sn?u1?u2???un;limsn存在,则收敛;否则发散。n??
交错级数u1?u2?u3?u4??(或?u1?u2?u3??,un?0)的审敛法——莱布尼兹定理:
如果交错级数满足??un?un?1
?limu?0,那么级数收敛且其和s?u?1,其余项rn的绝对值rn?un?1。
?n??n
绝对收敛与条件收敛:
(1)u1?u2???un??,其中un为任意实数;
(2)u1?u2?u3???un??
如果(2)收敛,则(1)肯定收敛,且称为绝对收敛级数;
如果(2)发散,而(1)收敛,则称(1)为条件收敛级数。
调和级数:?1(?1)n
n发散,而?n 级数:?1
n2收敛;
p级数:?1
np?1时发散p?1时收敛
幂级数:
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11?x?x2?x3???xn
??x?1时,收敛于1?x
x?1时,发散
对于级数(3)a2n
0?a1x ?a2x???anx??,如果它不是仅在原点
收敛,也不是在全
x?R时收敛
数轴上都收敛,则必存
在R,使
x?R时发散,其中R称为收敛半径。 x?R时不定
??0时,R?
1
?
求收敛半径的方法:设
lim
an?1a??,其中an,an?1是(3)的系数,则
时,n??
??0R???n
????时,R?0
函数展开成幂级数:
函数展开成泰勒级数:f(x)?f(x2
x0)
0)(x?x0)?f??(x0)2!
(x?x0)???
f
(n)
(n!
(x?xn
0)??
(n?1)
余项:R(?)
n?
f
(n?1)!
(x?x?1
0)
n,f(x)可以展开成泰勒级数的
充要条件是:limn??
Rn?0
xf(x)?f(0)?f?(0)x?f??(0)x2
0?0时即为麦克劳林公式:
2!
???
f
(n)
(0)
n
n!
x??
一些函数展开成幂级数: (1?x)
m
?1?mx?m(m?1)
2
?1)?(m?n?1)
n
2!
x???
m(mn!
x?? (?1?x?1)
sinx?x?
x
3
x
5
2n?1
n?1
3!
?
5!
???(?1)
x
(2n?1)!
?? (???x???)
欧拉公式:
?eix?e?ix
?cosx?e
ix
?cosx?isinx 或??2
?ix?ix
??
sinx?e?e2三角级数:
?
?
f(t)?A0?
?A
n
sin(n?t??n)?
a0?
?(a
n
cosnx?bnsinnx)
n?1
2
n?1
其中,a0?aA0,an?Ansin?n,bn?Ancos?n,?t?x。
正交性:1,sinx,cosx,sin2x,cos2x?sinnx,cosnx?任意两个不同项的乘积在[??,?]
上的积分=0。
傅立叶级数:
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?
f(x)?a0
2??(ancosnx?bnsinnx),周期?2?
n?1
??
?a1?f(x)cosnxdx (n?0,1,2?)
其中?n??
???
?1?
?bn?
???f(x)sinnxdx (n?1,2,3?)
??
1?11?21?2
32?52???81?1
22?32?142???61
22?1?14262????21112241?22?32?42????12正弦级数:ab2?
n?0,n???f(x)sinnxdx n?1,2,3? f(x)??bnsinnx是奇函数
2?
余弦级数:ba0
n?0,an???f(x)cosnxdx n?0,1,2? f(x)?2??ancosnx是偶函数
周期为2l的周期函数的傅立叶级数:
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?
f(x)?a0
2??(ancosn?x
n?1l?bnsinn?xl),周期?2l
?l
?a?1f(x)cosn?xdx (n?0,1,2?
其中?nl?l)
??l
?
?b1l
(x)sinn?x
n??fdx (n?1,2,3?
?l)
?ll
微分方程的相关概念:
一阶微分方程:y??f(x,y) 或 P(x,y)dx?Q(x,y)dy?0
可分离变量的微分方程:一阶微分方程可以化为g(y)dy?f(x)dx的形式,解法:?g(y)dy??f(x)dx 得:G(y)?F(x)?C称为隐式通解。
齐次方程:一阶微分方程可以写成dy
dx?f(x,y)??(x,y),即写成y的函数,解法:x
设u?y,则dydu
x(u),?dxduy
dx?u?xdx,u?du
dx??x??(u)?u分离变量,积分后将x代替u,
即得齐次方程通解。
一阶线性微分方程:
1、一阶线性微分方程:dy
dx?P(x)y?Q(x)
当Q(x)?0时,为齐次方程,y?Ce??P(x)dx
当Q(x)?0时,为非齐次方程,y?(?Q(x)e?P(x)dxdx?C)e??P(x)dx
2、贝努力方程:dy?P(x)y?Q(x)yn
dx,(n?0,1)
全微分方程:
如果P(x,y)dx?Q(x,y)dy?0中左端是某函数的全微分方程,即:
du(x,y)?P(x,y)dx?Q(x,y)dy?0,其中:?u
?x?P(x,y)?u
?y?Q(x,y)
?u(x,y)?C应该是该全微分方程的通解。
二阶微分方程:
d2y0时为齐次
dx2?P(x)dydx?Q(x)y?f(x)f(x)?
f(x)?0时为非齐次
二阶常系数齐次线性微分方程及其解法:
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(*)y???py??qy?0,其中p,q为常数;
求解步骤:
1、写出特征方程:(?)r?pr?q?0,其中r,r的系数及常数项恰好是22(*)式中y??,y?,y的系数;
2、求出(?)式的两个根r1,r2
3、根据r1,r2的不同情况,按下表写出(*)式的通解:
y???py??qy?f(x),p,q为常数
f(x)?e?xPm(x)型,?为常数;
f(x)?e?x[Pl(x)cos?x?Pn(x)sin?x]型
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