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高等数学知识点最全汇总.pdf
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更新于2023-05-27
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关于高数的知识点汇总,个人觉得比较全面,无论是考研还是做机器学习,都是比较好的工具书,希望对大家有用。
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考研数学知识点-高等数学
Edited by 杨凯钧 2005 年 10 月
1
一. 函数的概念
1.用变上、下限积分表示的函数
(1)
()
dttfy
x
∫
=
0
,其中
()
tf 连续,则
()
xf
dx
dy
=
(2)
()
()
()
dttfy
x
x
∫
=
2
1
ϕ
ϕ
,其中
(
)
x
1
ϕ
,
()
x
2
ϕ
可导,
(
)
tf
连续,
则
()
[]
() ()
[]
()
xxfxxf
dx
dy
1122
ϕϕϕϕ
′
−
′
=
2.两个无穷小的比较
设
()
0lim =xf ,
()
0lim
=
xg ,且
()
()
l
xg
xf
=lim
(1)
0=l ,称
()
xf 是比
(
)
xg 高阶的无穷小,记以
() ()
[]
xgxf 0= ,称
()
xg 是比
()
xf 低阶的无穷
小。
(2)
0≠l ,称
()
xf 与
()
xg 是同阶无穷小。
(3)
1=l ,称
()
xf 与
()
xg 是等价无穷小,记以
() ()
xgxf ~
3.常见的等价无穷小
当 0→x 时
xx ~sin ,
x
x
~
tan , xx ~arcsin ,
x
x
~
arctan
2
2
1
~cos1 xx− , xe
x
~1− ,
()
xx ~1ln + ,
()
xx
α
α
~11
−+
二.求极限的方法
1.利用极限的四则运算和幂指数运算法则
2.两个准则
准则 1.单调有界数列极限一定存在
(1)若
nn
xx ≤
+1
( n 为正整数)又 mx
n
≥ ( n 为正
整数),则
Ax
n
n
=
∞→
lim 存在,且 mA ≥
(2)若
nn
xx ≥
+1
( n 为正整数)又 Mx
n
≤ ( n 为正
整数),则
Ax
n
n
=
∞→
lim 存在,且
M
A
≤
准则 2.(夹逼定理)设
() () ()
xhxfxg ≤
≤
若
()
Axg =lim ,
()
Axh =lim ,则
()
Axf
=
lim
3.两个重要公式
公式 1.
1
sin
lim
0
=
→
x
x
x
公式 2 .
e
n
n
n
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
∞→
1
1lim
; e
u
u
u
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
∞→
1
1lim
;
()
ev
v
v
=+
→
1
0
1lim
4.用无穷小重要性质和等价无穷小代换
5.用泰勒公式(比用等价无穷小更深刻)(数学一和
数学二)
当
0→x 时,
()
n
n
x
x
n
xx
xe 0
!!2
1
2
+++++=Λ
()
()
()
12
1253
0
!12
1
!5!3
sin
+
+
+
+
−+++−=
n
n
n
x
n
xxx
xx Λ
()
()
()
n
n
n
x
n
xxx
x
2
242
0
!2
1
!4!2
1cos +−+−+−=Λ
() ()
()
n
n
n
x
n
xxx
xx 01
32
1ln
1
32
+−+−+−=+
+
Λ
()
()
12
12
1
53
0
12
1
53
arctan
+
+
+
+
+
−+−+−=
n
n
n
x
n
xxx
xx Λ
()
(
) ()
(
)
[
]
(
)
nn
xx
n
n
xxx 0
!
11
!2
1
11
2
+
−
−
−
++
−
++=+
α
α
α
α
α
α
α
Λ
Λ
6.洛必达法则
法则 1.(
0
0
型)设(1)
()
0lim =xf ,
(
)
0lim
=
xg
(2)
x
变化过程中,
()
xf
′
,
()
xg
′
皆存在
(3)
(
)
()
A
xg
xf
=
′
′
lim (或 ∞ )
则
(
)
()
A
xg
xf
=lim (或 ∞ )
(注:如果
(
)
()
xg
xf
′
′
lim 不存在且不是无穷大量情形,则
不能得出
(
)
()
xg
xf
lim 不存在且不是无穷大量情形)
法则 2.(
∞
∞
型 )设( 1)
()
∞=xflim ,
(
)
∞
=
xglim
(2)
x
变化过程中,
()
xf
′
,
()
xg
′
皆存在

考研数学知识点-高等数学
Edited by 杨凯钧 2005 年 10 月
2
(3)
()
()
A
xg
xf
=
′
′
lim (或 ∞ )
则
()
()
A
xg
xf
=lim (或 ∞ )
7.利用导数定义求极限
基本公式:
()()
()
0
00
0
lim xf
x
xfxxf
x
′
=
∆
−∆+
→∆
[如果
存在]
8.利用定积分定义求极限
基本公式
()
∫
∑
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
∞→
1
0
1
1
lim dxxf
n
k
f
n
n
k
n
[如果存在]
三.函数的间断点的分类
函数的间断点分为两类:
(1)第一类间断点
设
0
x 是函数
()
xfy = 的间断点。如果
()
xf 在间断点
0
x 处的左、右极限都存在,则称
0
x 是
()
xf 的第一类间断
点。
第一类间断点包括可去间断点和跳跃间断点。
(2)第二类间断点
第一类间断点以外的其他间断点统称为第二类间断
点。
常见的第二类间断点有无穷间断点和振荡间断点。
四.闭区间上连续函数的性质
在闭区间
[]
ba, 上连续的函数
()
xf ,有以下几个基本
性质。这些性质以后都要用到。
定理 1.(有界定理)如果函数
()
xf 在闭区间
[
]
ba, 上
连续,则
()
xf 必在
[]
ba, 上有界。
定理 2.(最大值和最小值定理)如果函数
()
xf 在闭
区间
[]
ba, 上连续,则在这个区间上一定存在最大值
M
和
最小值
m 。
其中最大值
M
和最小值 m 的定义如下:
定义 设
()
Mxf =
0
是区间
[]
ba, 上某点
0
x 处的函数
值,如果对于区间
[
]
ba, 上的任一点
x
,总有
(
)
Mxf
≤
,
则称
M
为函数
(
)
xf 在
[
]
ba, 上的最大值。同样可以定义最
小值
m 。
定理 3.(介值定理)如果函数
()
xf 在闭区间
[
]
ba, 上
连续,且其最大值和最小值分别为
M
和 m ,则对于介于 m
和
M
之间的任何实数 c ,在
[]
ba, 上至少存在一个
ξ
,使
得
()
cf =
ξ
推论:如果函数
(
)
xf 在闭区间
[]
ba, 上连续,且
(
)
af
与
(
)
bf 异号,则在
(
)
ba, 内至少存在一个点
ξ
,使得
()
0=
ξ
f
这个推论也称为零点定理
五.导数与微分计算
1.导数与微分表
()
0=
′
c
(
)
0
=
cd
(
)
1
−
=
′
αα
α
xx (
α
实常数)
(
)
dxxxd
1
−
=
αα
α
(
α
实常数)
()
xx cossin =
′
xdxxd cossin =
()
xx sincos −=
′
xdxxd sincos −=
()
xx
2
sectan =
′
xdxxd
2
sectan =
()
xx
2
csccot −=
′
xdxxd
2
csccot −=
()
xxx tansecsec =
′
xdxxxd tansecsec =
()
xxx cotcsccsc −=
′
xdxxxd cotcsccsc −=
()
ax
x
a
ln
1
log =
′
(
)
1,0 ≠> aa
ax
dx
xd
a
ln
log =
(
)
1,0 ≠> aa
()
x
x
1
ln =
′
dx
x
xd
1
ln =
(
)
aaa
xx
ln=
′
(
)
1,0 ≠> aa
adxada
xx
ln=
(
)
1,0 ≠> aa

考研数学知识点-高等数学
Edited by 杨凯钧 2005 年 10 月
3
()
xx
ee =
′
dxede
xx
=
()
2
1
1
arcsin
x
x
−
=
′
dx
x
xd
2
1
1
arcsin
−
=
()
2
1
1
arccos
x
x
−
−=
′
dx
x
xd
2
1
1
arccos
−
−=
()
2
1
1
arctan
x
x
+
=
′
dx
x
xd
2
1
1
arctan
+
=
()
2
1
1
cot
x
xarc
+
−=
′
dx
x
xdarc
2
1
1
cot
+
−=
(
)
[]
22
22
1
ln
ax
axx
+
=
′
++
(
)
dx
ax
axxd
22
22
1
ln
+
=++
(
)
[]
22
22
1
ln
ax
axx
−
=
′
−+
(
)
dx
ax
axxd
22
22
1
ln
−
=−+
2.四则运算法则
() ()
[]
() ()
xgxfxgxf
′
±
′
=
′
±
() ()
[]
()() () ()
xgxfxgxfxgxf
′
+
′
=
′
⋅
()
()
()() () ()
()
xg
xgxfxgxf
xg
xf
2
′
−
′
=
′
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
()()
0≠xg
3.复合函数运算法则
设
()
ufy = ,
()
xu
ϕ
= ,如果
()
x
ϕ
在
x
处可导,
(
)
uf
在对应点 u 处可导,则复合函数
()
[]
xfy
ϕ
=
在
x
处可导,
且有
()
[]
()
xxf
dx
du
du
dy
dx
dy
ϕϕ
′′
==
对应地
() ()
[]
()
dxxxfduufdy
ϕ
ϕ
′′
=
′
=
由于公式
()
duufdy
′
= 不管 u 是自变量或中间变量
都成立。因此称为一阶微分形式不变性。
4.由参数方程确定函数的运算法则
设
()
tx
ϕ
= ,
()
ty
ψ
= 确定函数
()
xyy = ,其中
(
)
t
ϕ
′
,
(
)
t
ψ
′
存在,且
(
)
0
≠
′
t
ϕ
,则
(
)
()
t
t
dx
dy
ϕ
ψ
′
′
=
(
)
(
)
0≠
′
t
ϕ
二阶导数
() () () ()
()
[]
32
2
1
t
tttt
dt
dx
dt
dx
dy
d
dx
dx
dy
d
dx
yd
ϕ
ϕψϕψ
′
′′′
−
′′′
=⋅
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
5.反函数求导法则
设
(
)
xfy
=
的反函数
()
ygx = ,两者皆可导,且
(
)
0
≠
′
xf
则
()
()
()
[]
ygfxf
yg
′
=
′
=
′
11
(
)
(
)
0
≠
′
xf
二阶导数
()
()
[]
()
dx
dy
dx
xf
d
dy
ygd
yg
1
1
⋅
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
′
=
′
=
′′
(
)
()
[]
(
)
[
]
()
[]
{}
33
ygf
ygf
xf
xf
′
′
′
−=
′
′
′
−=
()()
0≠
′
xf
6.隐函数运算法则
设
(
)
xyy
=
是由方程
()
0, =yxF 所确定,求 y
′
的方
法如下:
把
(
)
0,
=
yxF 两边的各项对
x
求导,把 y 看作中间变
量,用复合函数求导公式计算,然后再解出
y
′
的表达式(允
许出现
y 变量)
7.对数求导法则
先对所给函数式的两边取对数,然后再用隐函数求导
方法得出导数
y
′
。
对数求导法主要用于:
①幂指函数求导数
②多个函数连乘除或开方求导数
关于幂指函数
()
[]
()
xg
xfy = 常用的一种方法

考研数学知识点-高等数学
Edited by 杨凯钧 2005 年 10 月
4
() ()
xfxg
ey
ln
= 这样就可以直接用复合函数运算法则进行。
8.可微与可导的关系
()
xf 在
0
x 处可微
()
xf⇔ 在
0
x 处可导。
9.求 n 阶导数( 2≥n ,正整数)
先求出
,,, Λyy
′′′
总结出规律性,然后写出
(
)
n
y ,最 后
用归纳法证明。
有一些常用的初等函数的
n 阶导数公式
(1)
x
ey =
()
xn
ey =
(2)
()
1,0 ≠>= aaay
x
()
()
n
xn
aay ln=
(3)
xy sin=
()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
2
sin
π
n
xy
n
(4)
x
y cos=
()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
2
cos
π
n
xy
n
(5)
xy ln=
(
)
()( )
n
n
n
xny
−
−
−−= !11
1
两个函数乘积的
n 阶导数有莱布尼兹公式
()()
[]
()
()
()
()
()
∑
=
−
=
n
k
knkk
n
n
xvxuCxvxu
0
其中
()
!!
!
knk
n
C
k
n
−
=
,
()
()
(
)
xuxu =
0
,
()
() ()
xvxv =
0
假设
()
xu 和
()
xv 都是 n 阶可导。
微分中值定理
一.罗尔定理
设函数
()
xf 满足
(1)在闭区间
[]
ba, 上连续;
(2)在开区间
()
ba, 内可导;
(3)
() ()
bfaf =
则存在
()
ba,∈
ξ
,使得
()
0
=
′
ξ
f
二.拉格朗日中值定理
设函数
()
xf 满足
(1)在闭区间
[
]
ba, 上连续;
(2)在开区间
(
)
ba, 内可导;
则存在
(
)
ba,
∈
ξ
,使得
(
)
(
)
()
ξ
f
ab
afbf
′
=
−
−
或写成
(
)
(
)()()
abfafbf −
′
=
−
ξ
(
)
ba
<
<
ξ
有时也写成
(
)()
(
)
xxxfxfxxf
∆
⋅
∆
+
′
=−∆
+
θ
000
(
)
10
<
<
θ
这里
0
x 相当 a 或 b 都可以, x∆ 可正可负。
推论 1.若
(
)
xf 在
(
)
ba, 内可导,且
(
)
0
≡
′
xf ,则
(
)
xf
在
(
)
ba, 内为常数。
推论 2 .若
(
)
xf ,
()
xg 在
()
ba, 内皆可导,且
(
)
(
)
xgxf
′
≡
′
,则在
(
)
ba, 内
() ()
cxgxf
+
= ,其中 c 为
一个常数。
三.柯西中值定理(数学四不要)
设函数
(
)
xf 和
(
)
xg 满足:
(1)在闭区间
],[ ba 上皆连续;
(2)在开区间
(
)
ba, 内皆可导;且
(
)
0
≠
′
xg
则存在
(
)
ba,
∈
ξ
使得
(
)
(
)
() ()
(
)
()
ξ
ξ
g
f
agbg
afbf
′
′
=
−
−
()
ba <<
ξ
(注:柯西中值定理为拉格朗日中值定理的推广,特
殊情形
(
)
xxg
=
时,柯西中值定理就是拉格朗日中值定
理。)
四.泰勒定理(泰勒公式)(数学一和数学二)
定理 1.(皮亚诺余项的
n 阶泰勒公式)
设
(
)
xf 在
0
x 处有 n 阶导数,则有公式
() ( )
(
)
()
(
)
()
()
(
)
()()
xRxx
n
xf
xx
xf
xx
xf
xfxf
n
n
n
+−++−
′′
+−
′
+=
0
0
2
0
0
0
0
0
!!2!1
Λ

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5
()
0
xx →
其中
() ( )
[
]
n
n
xxxR
0
0 −=
()
0
xx → 称为皮亚诺
余项。
()
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
−
→
0lim
0
0
n
n
xx
xx
xR
前面求极限方法中用泰勒公式就是这种情形,根据不
同情形取适当的
n ,所以对常用的初等函数如
()
xxxe
x
+1ln,cos,sin, 和
()
α
x+1 (
α
为实常数)等的 n
阶泰勒公式都要熟记。
定理 2(拉格朗日余项的
n 阶泰勒公式)
设
()
xf 在包含
0
x 的区间
()
ba, 内有 1+n 阶导数,在
[]
ba, 上有 n 阶连续导数,则对
[
]
bax ,∈ ,有公式
() ( )
()
()
()
()
()
()
()()
xRxx
n
xf
xx
xf
xx
xf
xfxf
n
n
n
+−++−
′′
+−
′
+=
0
0
2
0
0
0
0
0
!!2!1
Λ
其中
()
()
()
()
()
1
0
1
!1
+
+
−
+
=
n
n
n
xx
n
f
xR
ξ
,(
ξ
在
0
x 与
x
之
间)
称为拉格朗日余项。
上面展开式称为以
0
x 为中心的 n 阶泰勒公式。当
0
0
=x 时,也称为 n 阶麦克劳林公式。
如果
()
0lim =
∞→
xR
n
n
,那么泰勒公式就转化为泰勒级
数,这在后面无穷级数中再讨论。
导数的应用:
一.基本知识
1.定义
设函数
()
xf 在
()
ba, 内有定义,
0
x 是
()
ba, 内的某一
点,则
如果点
0
x 存在一个邻域,使得对此邻域内的任一点
()
0
xxx ≠ ,总有
() ( )
0
xfxf < ,则称
()
0
xf 为函数
(
)
xf
的一个极大值,称
0
x 为函数
()
xf 的一个极大值点;
如果点
0
x 存在一个邻域,使得对此邻域内的任一点
()
0
xxx ≠ ,总有
() ( )
0
xfxf > ,则称
()
0
xf 为函数
(
)
xf
的一个极小值,称
0
x 为函数
()
xf 的一个极小值点。
函数的极大值与极小值统称极值。极大值点与极小值
点统称极值点。
2.必要条件(可导情形)
设函数
(
)
xf 在
0
x 处可导,且
0
x 为
(
)
xf 的一个极值
点,则
(
)
0
0
=
′
xf 。
我们称
x
满足
(
)
0
0
=
′
xf 的
0
x 为
()
xf 的驻点可导函
数的极值点一定是驻点,反之不然。
极值点只能是驻点或不可导点,所以只要从这两种点
中进一步去判断。
3.第一充分条件
设
(
)
xf 在
0
x 处连续,在
δ
<−<
0
0 xx 内可导,
(
)
0
xf
′
不存在,或
(
)
0
0
=
′
xf 。
°1 如果在
(
)
00
, xx
δ
−
内的任一点
x
处,有
(
)
0>
′
xf ,而在
(
)
δ
+
00
, xx 内的任一点
x
处,有
(
)
0
<
′
xf ,则
(
)
0
xf 为极大值,
0
x 为极大值点;
°2 如果在
(
)
00
, xx
δ
−
内的任一点
x
处,有
(
)
0
<
′
xf ,而在
(
)
δ
+
00
, xx 内的任一点
x
处,有
(
)
0>
′
xf ,则
(
)
0
xf 为极小值,
0
x 为极小值点;
°3 如果在
(
)
00
, xx
δ
−
内与
()
δ
+
00
, xx 内的任一点
x
处,
(
)
xf
′
的符号相同,那么
()
0
xf 不是极值,
0
x 不是
极值点。
4.第二充分条件
设函数
(
)
xf 在
0
x 处有二阶导数,且
(
)
0
0
=
′
xf ,
(
)
0
0
≠
′
′
xf ,则
当
(
)
0
0
<
′
′
xf 时,
()
0
xf 为极大值,
0
x 为极大值点。
当
(
)
0
0
>
′
′
xf 时,
()
0
xf 为极小值,
0
x 为极小值点。
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