基础
极限
单侧极限
x→2limx−21=−∞ x→2+limx−21=+∞ x→2+ 表示让x从右边向2靠拢
极限存在时,是指左右两边的极限都存在,而且相等
🌟x→∞lim(1+x1)x=e 连续性
连续性的三个条件
定义:f(x)在x=a是连续的,条件有三:
1.f(a)是有定义的,即x=a落在函数定义域内
2.limx→af(x)存在
3.limx→af(x)=f(a)
导数
导数的极限定义
定义 函数g(x)在x处的导数,写成g′(x),而且定义为(有多种形式的写法)
g′(x)g′(x)g′(x)=h→0limhg(x+h)−g(x)=Δx→0limΔxg(x+Δx)−g(x)=x→alimx−ag(x)−g(a)(形式1)(形式2)(形式3) 例子
f(x)=x2 f′(x)=h→0limhf(x+h)−f(x)=h→0limhx2+2xh+h2−x2=h→0limh2xh+h2=h→0lim(2x+h)=2x 有的时候,limh→0hg(x+h)−g(x)不存在,这种情况下,我们说导数g′(x)没有定义
求导的简单方法
幂法则
dxd(xn)=nxn−1 积法则
dxd(fg)=f′g+fg′ 商法则
dxd(gf)=g2f′g−fg′ 三角函数的导数
dxd(sinx)=cosx dxd(cosx)=−sinx f(n)(x) 指的是 f(x)的n阶导数
链式法则
dxdf(g(x))=f′(g(x))g′(x) 例1:
dxd(3x5)=dxd((3x5)1/2)=21(3x5)−1/2(15x4) 把3x5看做是整体
例2: k(x)=(cos(x−x))3,求k′(x)
解:
令
f(x)g(x)h(x)k(x)k′(x)=x−x=cosx=x3=h(g(f(x)))=(h(g(f(x))))′=h′(g(f(x)))(g(f(x)))′=h′(g(f(x)))g′(f(x))f′(x)=3(cos(x−x))2(−sin(x−x))(21(x)−21−1)
极大值极小值
导数等于0或者导数不存在的点,都有可能是局部极大值或局部极小值。所有这些点的x值,都称为临界点
如果x=a是个临界点,且f′(a)=0,则:
1.若 f′′(a)>0,则函数在x=a有局部极小值
1.若 f′′(a)<0,则函数在x=a有局部极大值
隐微分法
隐函数求导
把y想成是x的函数,最后得到的导数,把它特别写成dxdy
例子: 对隐函数 y2+xy+3x=9 求导
y2用链式法则处理,xy用积法则
y2+xy+3x=9 2ydxdy+y+xdxdy+3=0 dxdy=2y+x−y−3 找出曲线上点(2,1)的导数,需要把x和y均代入,得到
dxdy(2,1)=2⋅1+2−1−3=−1 相关变化率
例题:假设x和y都会随着t变化,而且不管t是和值,x和y都满足一个关系式:sinx+cosy=1,求当x=6π,y=3π且dtdx=2时的dtdy
把x和y都当做t的函数来处理:
sinx+cosy=1 cosxdtdx−sinydtdy=0 代入求解 dtdy=2
介值定理与中值定理
介值定理
如果在[a,b]区间上有一个连续的函数f,且p是介于f(a)和f(b)之间的任何一个数值,则在[a,b]区间上必须存在一个数c,使得f(c)=p
罗尔定理
若函数f(x)在[a,b]区间上连续而且可微,且若f(a)=0,f(b)=0,则在区间[a,b]内必须存在一点c,使得f′(c)=0
中值定理
若函数f(x)在[a,b]区间上连续可微,则在该区间内必存在一点c,使f′(c)=b−af(b)−f(a)
中值定理就是罗尔定理的结果衍生出来的
积分
不定积分
dxd(x2)=2x 所以x2为f(x)=2x的一个反导数,以符号表示,可以写成
∫2xdx=x2 2x被称为被积函数
∫2dx=2x+C ,C是常数
∫xndx=n+1xn+1+C ∫x1dx=ln∣x∣+C 试计算∫sin2xcosxdx
u(x)=sinx dxdu=cosx du=cosxdx ∫u2du=3u3+C 把u再替换回sinx 31(sinx)3+C 定积分
∫04xdx=2x2+C04=(242+C)−(202+C)=8 定积分
微积分基本定理
F(x) 为函数 f(x) 的不定积分
∫abf(x)dx=F(b)−F(a)
下式中,无论a为何值都不影响结果
dxd∫axf(t)dt=f(x)
定积分基本法则
1.∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx2.∫abcf(x)dx=c∫abf(x)dx3.∫acf(x)dx=∫abf(x)dx+∫bcf(x)dx 例: 计算 ∫−21∣x∣dx
∫−21∣x∣dx=∫−20∣x∣dx+∫01∣x∣dx=25 指数和对数
ln(ab)=lna+lnb ln(ab)=blna ln(a1)=−lna 试证明:ln2ln3=log23
x=ln2ln3xln2=ln3ln(2x)=ln3eln(2x)=eln32x=3x=log23
dxd(ex)=ex ∫exdx=ex+C dxd(lnx)=x1 🌟:dxd(lng(x))=g(x)g′🌰:dxd(ln(x3−7))=x3−73x2 🌟:📜:dxd(ax)=axlna(a为常数)a=elnaax=(elna)x=exlna=elnaxdxd(ax)=dxd(elnax)=elnaxdxd(xlna)=elnaxlna=axlna
对logbx微分,即y=logbx,求dxdy
变成隐函数 by=x,对x进行微分,把y看做是x的函数
∵dxd(ax)=axlna∴bylnbdxdy=1dxdy=bylnb1=xlnb1∴dxd(logbx)=xlnb1
🌟 dxd(lnx)=x1 ∫x1dx=ln∣x∣+C 试求:∫tanxdx
∫tanxdx=∫cosxsinxdx 令u=cosx,du=−sinxdx ∫cosxsinxdx=∫u−1du=−ln∣u∣+C =−ln∣cosx∣+C=ln∣cosx∣1+C=ln∣secx∣+C
对数微分法
求f(x)=(x2−3)(x3−4)(x7−5)(x2−6)的导数
解:lnf(x)=ln((x2−3)(x3−4)(x7−5)(x2−6))=ln(x2−3)+ln(x3−4)+ln(x7−5)+ln(x2−6)对两端微分f(x)f′(x)=x2−32x+x3−43x2+x7−57x6+x2−62xf′(x)=f(x)(x2−32x+x3−43x2+x7−57x6+x2−62x)=(x2−3)(x3−4)(x7−5)(x2−6)(x2−32x+x3−43x2+x7−57x6+x2−62x) 积分技巧
分部积分法
∫udv=uv−∫vdu 例子:求解∫xlnxdx
let:u=lnx,dv=xdxthen:du=x1dx,v=2x2∫xlnxdx=∫udv=uv−∫vdu=2x2lnx−∫2x2(x1)dx=2x2lnx−∫2xdx=2x2lnx−4x2+C 例子:求∫lnxdx
let:u=lnx,dv=dxthen:du=x1dx,v=x∫lnxdx=uv−∫vdu=xlnx−∫1dx=xlnx−x+C 如何决定哪个应该是u,那个应该是dv?
1.dv必须选择能积分的项
2.选择好以后,对出现的∫vdu进行求解,如果比原来的积分更难,可以尝试其他的u和dv的组合
三角代换
试计算:∫(1−x2)1dx
假设x=sinθ (不会有问题,因为1−x2≥0,所以0≤x2≤1)
1−x2=1−sin2θ=cos2θ=cosθdθdx=cosθdx=cosθdθ∫1−x21dx=∫cosθ1cosθdθ=∫1dθ=θ+Cx=sinθθ=arcsinx∫1−x21dx=arcsinx+C 试计算:∫4+x21dx
letx=2tanθ θ=arctan2x∫4+x21dx=∫4(1+tanθ2)1dx =∫4sec2θ12sec2θdθ=21θ+C=21arctan2x+C 部分分式积分法
求∫x2+x−23x−1dx
∫x2+x−23x−1dx=∫(x−132+x+237)dx =32ln∣x−1∣+37ln∣x+2∣+C