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高等数学

高中公式

三角函数公式

和差角公式和差化积公式

sin()sincoscossincos()coscossinsin()

11()

tgtgtgtgtgctgctgctgctgctg

......

......

..

..

..

..

..

..

...

..

.

..

.

.

..

.

sinsin2sincos22sinsin2cossin22coscos2coscos22coscos-2sinsin22

....

..

....

..

....

..

....

..

..

..

..

..

..

..

..

..

积化和差公式倍角公式

1sincos[sin()sin()]

21cossin[sin()sin()]

21coscos[cos()cos()]

21sinsin[cos()cos()]

2

......

......

......

......

....

....

....

.....

22222222233322tansin22sincos1tancos22cos112sin1tan

cossin1tan212212sin33sin4sincos34cos3cos3313tgctgtgctgtgctgtgtgtgtg

.

...

.

...

.

..

.

..

..

..

...

...

..

.

.

..

.

....

.

...

.

.

..

.

..

..

.

.

.

半角公式

1cos1cossincos22221cos1cossin21cossin1cos1cos1cossin21cossin1costgctg

....

....

...

....

...

..

....

..

....

..

..

....

..

 

11V=SHV=SHV=H(S++S)

33SS..棱柱棱锥棱台

球的表面积:

4πR2球的体积:

椭圆面积:

πab椭球的体积:

343R.

43abc.

第1章极限与连续

1.1集合、映射、函数

空集,子集,有限集,无限集,可列集,积集,区间,邻域,上界,下界,

上有界集,下有界集,无界集,上确界,下确界

确界存在定理:

凡有上(下)界的非空数集必有有限的上(下)确界。

映射,象,原象,定义域,值域,满映射,单映射,双射,函数,自变量,

因变量,基本初等函数

1.2数列的极限

性质:

1.(唯一性)收敛数列的极限必唯一。

2.(有界性)收敛数列必为有界数列。

3.(子列不变性)若数列收敛于a,则其任何子列也收敛于a。

注1.一个数列有若干子列收敛且收敛于一个数,仍不能保证原数列收敛。

注2.若数列{xn}有两个子列{xp},{xq}均收敛于a,且这两个子列合起来

就是原数列,则原数列也收敛于a。

注3.性质3提供了证明了某数列发散的方法,即用其逆否命题:

若能从

该数列中选出两个具有不同极限的子列,则该数列必发散。

4.(对有限变动的不变性)若数列{xn}收敛于a,则改变{xn}中的有限项所

得到的新数列仍收敛于a。

5.(保序性)若,且aN时,有

xn

lim,limnnnnxayb

....

..

判别法则:

1.夹逼法则:

若.N,当n>N时,xn≤yn≤zn,且xn=zn=a,则yn=a。

limn...

2.单调收敛原理:

单调有界数列必收敛。

注:

任何有界的数列必存在收敛的子数列。

3.柯西收敛准则:

数列{xn}收敛的充要条件是:

对于任意给定的正数ε,都存

在正整数N,使得当m,n>N时,有|xm-xn|<ε。

1.3函数的极限

性质:

极限唯一性,局部有界性,局部保序性。

判别法则:

1.夹逼法则:

若,且存在x0的某一去心邻域

,均有f(x)≤g(x)≤h(x),则。

00lim()lim()

xxxxfxhxA

..

..

00(,)(,)

ooUxxUx....,使得

0lim()

xxgxA

.

.

2.单调收敛原理:

单调有界函数必收敛。

3.柯西收敛准则:

函数f(x)收敛的充要条件是:

.ε>0,.>0,.x’,x’’∈,

有|f(x’)-f(x’’)|<ε。

0(,)

oUx.

4.海涅(Heine)归结原则:

的充要条件是:

对于任何满足

的数列{xn},都有。

0lim()

xxfxA

.

.

0limnnxx

..

.lim()nnfxA

..

.

归结原则对于验证函数在某点没有极限是较方便的,例如可以挑选一个

收敛于该点的自变量x的数列{xn},而相应的函数值数列{f(xn)}却不收敛;或

者选出两个收敛于该点的数列{xn},{x’n},而相应的函数值数列{f(xn)},{f(xn)}

却具有不同的极限。

1.4无穷小与无穷大

若,当时,则称x→x0时称α(x)是β(x)的

0()

lim()xxxlx

.

..

.

001l

...

..

...

()(())

()(())

()~()

xoxxOxxx

..

..

..

..

.

..

..

高阶无穷小,记作

同阶无穷小,记作

等阶无穷小,记作

常用等价无穷小

2sintanarcsinarctan1ln

(1)~

11cos~

(1)1~1~ln2xaxxxxxexxxxxaxaxa

.......

......

若f(x=0),f’(0)≠0,则201()(0)

2xftdtfx..

确定等价无穷小的方法:

1.洛必达法则,2.泰勒公式

1.5连续函数

极限存在.左右极限存在且相等。

连续.左右极限存在且相等,且等于该点函数值。

简断点:

1.第一类间断点,左右极限不相等,或相等但不等于该点函数值;2.

左右极限至少有一个不存在。

闭区间上连续函数的性质:

有界性,最值性,介值性,零点存在定理。

1.6常见题型

求极限的方法:

1.四则运算;2.换元和两个重要极限;3.等价无穷小替换;4.

泰勒公式;5.洛必达法则;6.利用函数极限求数列极限;

7.放缩法;

求极限,就要将数列xn放大与缩小成:

zn≤xn≤yn.limnnx

..

8.求递归数列的极限

(1)先证递归数列{an}收敛(常用单调收敛原理),然后设,再对递

归方程取极限得A=f(A),最后解出A即可。

limnnxA

..

.

1()nnafa..

(2)先设,对递归方程取极限后解得A,再用某种方法证明

limnnaA

..

.

第2章导数与微分

2.1求导法则和求导公式

求导法则:

1.四则运算法则

[αu(x)+βv(x)]’=αu’(x)+βv’(x)[u(x)v(x)]’=u’(x)v(x)+u(x)v’(x)

2()()()()()

[]

()()

uxuxvxuxvxvxvx

...

..

2.复合函数求导

([()])[()]()fxfxx.......

关键在于区分哪些是中间变量,哪些是自变量

3.反函数求导11[()]

()

fyfx

...

.

4.隐函数求导

5.参数式求导

223()()()()()()

,

()()[()]

xxtdyytdyytxtytxtyytdxxtdxxt

..........

...

....

6.对数求导法

7.分段函数求导

(1)按求导法则求连接点处的左右导数

设00000(),

(),()(),().

(),

gxxxxfxgxhxAfxAhxxxx

.

...

....

........

....

若则

(2)按定义求连接点处的左右导数

设000000(),

()()

(),,

()()

(),

gxxxxgxfxxfxAxxgxhxhxxxx

.

...

.......

..................

.........

与在点处无定义,

可按定义求与

(3)对于

0000000()()

(1)()()lim(),

(),

(2)()lim()

xxxxfxfxfxfxgxxxxxfxAxxfxfx

.

.

.

..........

......

很复杂,按定义求,

否则,先求出,再求

8.变限积分求导

()

()

(),(())()(())()

xxdyyftdtfxxfxxdx

.

.

..........

求导公式:

1()0()

()ln1(log)

lnxxaCxxaaaxxa

....

..

..

..

..

22(sin)cos(cos)sin(tan)sec()csc(sec)sectan(csc)cscxxxxxxctgxxxxxxxctgx

..

...

..

...

...

....

22221(arcsin)

11(arccos)

11()

11()

1xxxxarctgxxarcctgxx

..

.

...

.

..

.

...

.

2.2高阶导数和高阶微分

求高阶导数的方法:

1.莱布尼茨(Leibniz)公式:

()()()

0(()())()()

nnkknknkuxvxCuxvx.

.

..

2.常用公式

()()axbnnaxbeae...

()(sin())sin()

2nnnaxbaaxb.....

()(cos())cos()

2nnnaxbaaxb.....

()(())

(1)...

(1)()nnnaxbanaxb............

()

11

(1)!

()

()

nnnnnaaxbaxb.

.

.

..

()11(ln())

(1)

(1)!

()

nnnnaxbanaxb

.....

.

3.分解法

分解为上述初等函数之和

第3章中值定理和泰勒公式

3.1中值定理

费马定理:

若是x0是f(x)的一个极值点,且f’(x0)存在,则必有f’(x0)=0(可微

函数的极值点必为驻点),

1.罗尔定理:

若函数f(x)满足以下条件;(i)在闭区间[a,b]上连续;(ii)在开区间

(a,b)内可导;(iii)f(a)=f(b),则在(a,b)内至少存在一点ξ,使得f’(ξ)=0.

2.拉格朗日定理:

若函数f(x)满足以下条件;(i)在闭区间[a,b]上连续;(ii)在开

区间(a,b)内可导,则在(a,b)内至少存在一点ξ,使得

.()()

()

fbfafba

.

.

..

.

3.柯西定理:

若函数f(x)和g(x)满足以下条件;(i)在闭区间[a,b]上连续;(ii)在

开区间(a,b)内可导;(iii).x∈(a,b),g’(x)≠0,则在(a,b)内至少存在一点ξ,使得

()()()

()()()

fbfafgbgag

.

.

..

.

..

3.2泰勒公式

求泰勒公式的方法:

1.泰勒公式(拉格朗日余项):

()

(1)

10000()()

()()()

!

(1)!

knnknkfxffxxxxxkn

..

.

.

....

..

2.常用麦克劳林公式(带拉格朗日余项)

213521211242221231111!

2!

!

(1)!

sin

(1)

(1)cos3!

5!

(21)!

(21)!

cos1

(1)

(1)cos2!

4!

(2)!

(22)!

ln

(1)

(1)

(1)

23

(1)(1nnxxnnnnnnnnnnnnxxxxeennxxxxxxxnnxxxxxxnnxxxxxxnn

.

.

.

.

..

.

.

.

.

.

......

.

........

..

........

.

.........

..121

(1)

(1)

(1)

0121nnnnxxxxxxxnn

..

.

.....

.

.

.............

..................

...........

2111

(1)

211

(1)

1

(1)

112211...

(1)

(1)

(1)

111...

(1)

11(23)!

!

(21)!

!

11

(1)

(1)

(1)

2

(2)!

!

(22)!

!

nnnnnnnnnnkknnkxxxxxxxxxxxxknxxxxxkn

.

.

.

.....

....

..

..

.

.........

.

.......

.

..

........

..

3.逐项求导或逐项积分

若,φ(x)的泰勒公式可以比较方便的求出来,

0()()()()

xxfxxfxtdt......或

然后对其逐项求导或逐项积分便可以得到f(x)的泰勒公式。

例如:

245355200111arctan

(1)()()

135xxxdtttdtoxxxxoxt

.........

...

3.3函数的极值、最值

驻点,导数不存在的点为极值可疑点。

驻点,导数不存在的点,端点为最值可疑点。

极值判别法则:

1.设点x0为函数f(x)的极值可疑点,f(x)在点x0的邻域内连续,去心邻域内可

微,如果在(x0-δ,x0)内f’(x0)≥0,在(x0,x0+δ)内f’(x0)≤0,则x0必为f(x)的极大

值点。

反之必为极小值点。

2.若点x0是f(x)的驻点且f’’(x0)存在,则当f’’(x0)>0(<0)时,x0必为f(x)的极小

(大)值点。

3.设函数f(x)在点x0处有n阶导数,且,

但,则(i)当n为偶数时,f(x)在点x0处取极值,当时

取极小值,当时取极大值;(ii)当n为奇数时f(x0)不是极值。

(1)

000()()...()0nfxfxfx.......

()

0()0nfx.()

0()0nfx.

()

0()0nfx.

3.4函数作图

定理:

设函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,则f(x)在[a,b]

上是凸(凹)函数的充要条件是:

1.f’(x)在开区间(a,b)内单调递减(增)。

2.f(λx1)+(1-λ)x2)<(>)λf(x1)+(1-λ)f(x2),λ∈(0,1).

3.f’’(x0)≤(≥)0.

若函数f(x)在点x0处凹凸性相反,则点x0称为f(x)的拐点。

拐点的必要条件:

f’(x0)=0或f’(x0)不存在。

拐点的充要条件:

f’’(x)经过时变号。

渐近线:

1.垂直渐近线:

x=a是垂直渐近线.或.

0limxa..

..

0limxa..

..

2.斜渐近线:

f(x)=ax+b,或()

lim,lim(())

xxfxabfxaxx......

...

(水平渐近线为其特例)。

()

lim,lim(())

xxfxabfxaxx......

...

函数作图的步骤:

1.确定函数的定义域;

2.观察函数的某些特性,奇偶性,周期性等;

3.判断函数是否有渐近线,如有,求出渐近线;

4.确定函数的单调区间,极值,凹凸区间,拐点,并列表;

5.适当确定一些特殊点的函数值;

6.根据上面提供的数据,作图。

第4章积分

4.1不定积分

4.1.1.基本积分表

1111ln||

1lnsincoscossintanln|cos|cotln|sin|

secln|sectan|

cscln|csccotln|csccotln|tanxxxdxxCdxxCadxaCxaxdxxCxdxxCxdxxCxdxxCxdxxxCxxdxxxCxxC

..

.

...............

.

.........

.........

...

..............

...

..

..

.

.

2222|

2sectancsccottansecseccsccotcsc1arcsinarccos11arctanarccot1CxdxxCxdxxCxxdxxCxxdxxCdxxCxCxdxxCxCx

.

.........

.........

....

.

....

.

..

..

.

.

2222222222222222222222222111arctanarcsin111ln||ln||

2111ln||ln()

2arcsin222xxdxCdxCaxaaaaxaxdxCdxxxaCaxaaxxaxadxCdxxxaCxaaxaxaxaxaxdxaxCaxxadxxa

............

..

.

..........

...

.

..........

...

.....

...

..

..

..

.

.

22222222222222ln2ln()

22cos(cossin)

sin(sincos)

axaxaxaxaxxaCxaxadxxaxxaCeebxdxabxbbxCabeebxdxabxbbxCab

....

.......

...

.

...

.

.

.

.

不可积的几个初等函数:

2221sincossincoslnxxxexxxxx

.

4.1.2.换元积分法和分部积分法

换元积分法:

1.第一类换元积分法,即凑微分法,合并。

2.第二类换元积分法,拆分。

分部积分法:

()()()()()()uxvxdxuxvxuxvxdx......

4.1.3.有理函数和可化为有理函数的积分

有理函数的积分可以归结为下列四种简单分式的积分:

()

()

()

PxRxQx

.

(1);

(2);Adxxa..

A()ndxxa..

(3);(4)

2Mx+Ndxxpxq...2Mx+N()ndxxpxq...

12222212123()2

(1)()2

(1)nnnndxxnIIxaanxaan..

.

....

.....

三角函数有理式的积分一般用万能代换,对于如下tan2xt.

形式可以采用更灵活的代换:

对于积分,可令tanx=t;22(sin,cos)Rxxdx.

对于积分,可令sinx=t;(sin)cosRxxdx.

对于积分,可令cosx=t,等等。

(cos)sinRxxdx.

某些可化为有理函数的积分

1.型积分,其中n>1,其中ad≠bc。

(,)naxbRxdxcxd

.

..

这里的关键问题是消去根号,可令。

axbtcxd

.

.

.

2.型积分,其中,a≠0。

由于

,故此类型积分可以化为以下三种类型:

2(,Rxaxbxcdx...240bac..

22224()

24bacbaxbxcaxaa

.

.....

,可用三角替换;22(,)Rukudx..sinukt.

,可用三角替换;22(,)Ruukdx..secukt.

,可用三角替换。

22(,)Ruukdx..tanukt.

121tantan1nnnnIxdxxIn

.

....

..

倒代换:

,,由此还可以求出,

2411xdxx

.

..

2411xdxx

.

..411dxx..

241xdxx..

2211sincos,(0)

sincosaxbxdxabaxbx

.

..

..

解:

设,为此应有

,解得,故

11sincos(sincos)(cossin)axbxAaxbxBaxbx.....

11aAbBabAaBb

....

...

11112222,

aabbabbaABabab

..

..

..

11sincos(sincos)

sincossincosaxbxaxbxdxAdxBdxaxbxaxbx

...

....

...

11112222ln|sincos|

aabbabbaxaxbxCabab

..

....

..

4.2定积分

4.2.1.可积条件

可积的必要条件:

若函数f(x)在闭区间[a,b]上可积,则f(x)在[a,b]上有界。

可积函数类:

闭区间上的连续函数,单调函数,有界且只有有限个间断点。

4.2.2.定积分的计算

1.换元积分法()(())()

bafxdxfttdx

.

.

......

从右到左,相当于不定积分的第一类换元积分法,从左到右,相当于第二类

换元积分法。

2.分部积分法

()()()()|()()

bbbaaauxvxdxuxvxuxvxdx......

常见的积分和式

11()()

()lim()

(1)()()

()lim()

nbaninbaniibabafxdxfannibabafxdxfann

..

.

..

.

..

..

...

..

..

..

1011lim()()

nniiffxdxnn..

.

...

22002002000(sin)(cos)

(sin)2(sin)

(sin)(sin)(sin)

2fxdxfxdxfxdxfxdxxfxdxfxdxfxdx

..

.

.

.

...

.

.

.

..

..

..

...

222001sincos,nnnnnnIxdxxdxIIn

..

.

.

.....

使用分部积分法的常见题型:

被积函数的形式

所用方法

(),()sin,()cosxnnnPxePxxPxx

进行n次分部积分,每次均取

为,sin,cosxexx...()vx.

()ln,()sin,()arctannnnPxxPxarcxPxx

取为()nPx

sin,cosxxexex....

取为,进行两次分部积分xe.

4.2.3.定积分的应用

(1)平面图形的面积

21()()()

2dSfxdxydyrd......

(2)旋转体的体积

22()()2()dVfxdxydyxfxdx.......

(3)弧长、曲率

弧微分公式:

2222()()1()1()dsdxdyfxdxydy.........

2222()()()()xtytdtrrd..........

曲率:

223/223/2|()()()()|||

||

[()()]

(1)

dytxtytxtyKdsxtyty

..........

...

.....

(4)静矩、转动惯量

mr,mr2

(5)122mmFGr

...引力

①均匀细杆质量为M,长度为l,在杆的延长线上离右端为a处有一质量为m

的质点,则质点与细杆之间的引力为F=kMm/a(a+l).

②均匀圆环质量为M,半径为r,在圆心的正上方距离为b处有一质量为m

的质点,则质点与均匀圆环之间

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