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大一下高数下册知识点

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第八章 空间解析几何与向量代数
(一)向量及其线性运算
高等数学下册知识点

1、向量,向量相等,单位向量,零向量,向量平行、共线、共面; 2 线性运算:加减法、数乘;b bx ,by ,bz
3 空间直角坐标系:坐标轴、坐标面、卦限,向量的坐标分解式; 4 利用坐标做向量的运算:设a axay,az a b ax bx,ay by ,az bz, 5 向量的模、方向角、投影:
/~2 2 2 a ax, ay, az
1 向量的模:r <x y z
2 两点间的距离公式:AB|xj y2 yi Z2 zj
2
2
2
x 4 方向余弦:
CO一,cos r 3 方向角:非零向量与三个坐标轴的正向的夹角
2 2 2 d
,,
5)投影:Prjua a cos 其中
COS cos cos 1



为向量au的夹角
(二)数量积,向量积 1、数量积:a b |a | b cos 2
1a a 2
a

a b a b 0

a b axbx
ayby
azb
2、向量积:cab
大小:|a||b sin ,方向:a ,b , c符合右手规则 1 2


a a 0 a// b
a b


0
■ i ■ j k
a b



ax y az bx by bz
a

运算律:反交换律 b a a b
( 曲面及其方程
1 曲面方程的概念:S:f(x,y,z 0 2 旋转曲面:
yoz 面上曲线 C : f (y, z 0
y轴旋转一周:f(y, vx2 z2
/ 2 2
0 z轴旋转一周:f( \'X y , z 0 3 柱面:
F(x,y 0 的柱面
F (x, y 0表示母线平行于z轴,准线为
4 二次曲面
2
z 0 z
x 1 面:
2
椭圆锥
a2
b
2


x

2

22 椭球面:

2
y
2z 2 2 1


a


b
c




2
2 2

x


旋转椭球面:



2
ya

2 2 z 1




a
c

2
2
2



3
单叶双曲x y z
a
2 b2
2


:

c 1
2 2 2



4
双叶双曲x y z
a
2 b2
2 c
1

:


2 2



5
椭圆抛物x

y

a
2 b2
z


:



2
2




6 双曲抛物面
(马鞍x y 面):a2
b2






2



y

7
椭圆柱面:
x
2


1 b2
2





a

12





y 1 b2 2

8
双曲柱面:
x
2







a


12



9
抛物柱面:
x

ay
(四)空间曲线及其方程
F x, y, z 0 1 般方程:
G(x, y,z 0

x
x(t
z
x
a cos t



2、参数方程:

y z
yt,如螺旋线:
y z
a sin t bt
z(t

3、空间曲线在坐标面上的投影
F x, y,z 0 Gx,y,z 0 '消去z,得到曲线在面xoy上的投影
H(x, y 0 1 点法式方程: 法向量:n 2
般式方程: A(x XB(y yo C(z Zo
(A,B,C,过点(Xo, yo, Zo
Ax By Cz D (五)平面及其方程

x 截距式方程:—
B1B2 Ccos 1C2
3 : 两平面的夹角ni A
2
A
(A1, 1, 1
BC
(A
n
2
222
BCBi2 Ci2 , Af
Bf
C
a i

△ 旦邑
Cz D 0的距离:
A2 B2 C2
4 Po ( xo , yo , Z0 到平面 Ax
By A| A? B1B2 C1C2
AxByCzo D .A2 B2 C (六)空间直线及其方程



A1x
1
般式方程: A2x

B" B2y
C1z C2z
D1 D2
0 0
x Xo y yo
1
1
z P
z2、对称式(点向式)

: m n

方向向量:S (m,n, p,过点(X, yz
x x0
mt 3、参数式方程:
y
y
nt

Z Zo pt 4、两直线的夹角: mm1
1mm22 ng mn2 p1 p2
2
cos 2 2 2 2 p1 \ m2 n2
P1P2 0 ni Pi m2 n2 P2 Si (g,ni,Pi , S2 (m2,n2,P2,
2 sin
n
i 5、直线与平面的夹角:直线与它在平面上的投影的夹角, Am Bn Cp L//Li®
Am Bn Cp 0

ABC
L

m n p
第九章多元函数微分法及其应用 ( 基本概念
1 距离,邻域,内点,外点,边界点,聚点,开集,闭集,连通集,区域,闭区有界集,无界集。
2 多元函数:z f (x, y,图形:
域,P



3 极限:lim f (x, y A (x,y (X0,y°

4
连续:爲叽。""f(X0y0
5、偏导数:
fxXlim fx
X, y fx°,y
y fxy
y
x fyXo,y°
x 0

lim込上
y o

6 方向导数:
f f f ——cos ——COS 其中,为丨的方向角。 i x y 7 梯度:z fx,y,则 gradfx°,y fxx°,y°i 8 全微分:设 z f x, y,则
fyxo,y°j dz - :
x
y
dx
dy1 (二)性质
函数可微,偏导连续,偏导存在,函数连续等概念之间的关系:

2



3
偏导数连续
闭区域上连续函数的性质(有界性定理,最大最小值定理,介值定理 微分法

1 定义:
2 复合函数求导:链式法则
z f (u,v,u u(x, y,v v(x, y,则
zzuzv zzuzv x u x v x
y u y v y 3 隐函数求导:两边求偏导,然后解方程( ( 应用 1、极值
1无条件极值:求函数z f (x, y的极值
解方程组
fy
0
求出所有驻点,对于每一个驻点(Xy, A fxx(Xo
,y, B fxy(X°,y° , C fyy(x0,y°, ①若AC
B2 0 A 0,函数有极小值,
AC B2 0 A 0,函数有极大值; ②若AC B2 0, 函数没有极值; ③若
AC B2 0 不定。
2条件极值:求函数z f(x,y在条件(x, y 0下的极值
令:L(x, y f (x, y (x, y ------------------------ Lagrange Lx 0 解方程组
Ly
0

(x, y 0 2、几何应用
1曲线的切线与法平面
函数

x x(t
曲线y y(t,贝S上一点M(Xo,yo,z°(对应参数为to处的
z z(t
x Xo x(to y(to
y y切线方程为:

Z Zo Z(to

法平面方程为:X (to( X 2曲面的切平面与法线
Xo
y (to(y y° z(t°(z z° o Fx(Xoy,Z(X 法线方程为: 曲面F (x, y,z o,贝q上一点M(x°,yo,zo处的切平面方程为: y yo Fy(XoyoFz(XoyoFx(Xoy°z z X Fy(Xo,yo,Z0(y y Fz(xy°,z(z zo 0 x Xo z Z°



第十章重积分

(二重积分
x 2(y y d
n 1 定义:

f(X, yd
lim o k 1 f( k, k
D
2 性质:(6 几何意3
:曲顶柱体的体积。
4 计算: 1
直角坐
D2(X

(x,y
i(x a
b f (X, ydxdy a dx
2(Xl(X (x,y i(y c f (x,ydy


f (x, ydxdy 2 极坐标

d
c
2(y
f(X
ydX
dy I(y
i( 2(
f (x, ydxdy
D

\
2(
1
(

d f ( cos , sin d 重积分
n
1 定义:

f (x,y,zdv


f( k, k, k Vk
0 k 1


2 性质:





3 计算:





1 直角坐标

f (x y zd v

Z2(x, y
D b
a Z


\

J 5
dxdy
f (x y zdz
/ \ 6 y Jj ....
Z1 (x,y
—二
二后“先「



4
f (x, y,zdv

\ 7 J 1 >

dz
f (x, y, 7 dxdy
D

\ J J J / J -------------

2 柱面坐标





x y z z
cos

sin




f (x, y,zd v

f ( cos , sin


,z d d dz


3 球面坐标




x r sin y r sin z r cos
cos




sin

f(x, y, zd v f(rsin cos ,rsin sin ,rcos r2sin drd d (应用
曲面 S : z f (x, y, (x, y D 的面积:
A 2 y2dxdy (( 曲线积分与曲面积分




('对弧长的曲线积分
- n

1
定义:
Lf(x,yds li
i 1

f ( i, i s

2 性质: 1
L[ f (x,y (x,y]ds
L f (x, yds
Lg(x, yds.
J L2.
L上,若
f (x, y 2 3
,
L f(x,yds L f(x,yds
L1
,
Lf(x,yds. (L
2
g(x,y,则
f (x,yds
L
L
g(x, yds. 4
L
ds l ( l为曲线弧L的长度
3、计算:
x (t, f (x,y在曲线弧L上有定义且连续,L的参数方程为 其中(t, (t[,]上具有一阶连续导数,且
L f(x,yds f[ (t, (t] J 22
(
y (t,
(t
2t
(t 0,则
(t
2(tdt ,(
(对坐标的曲线积分

1、定义:设Lxoy面内从AB的一条有向光滑弧,函数P(x, y , Q(x, y
n
L 上有界,定义 L P(x,ydx lim0
n
0 k 1
P(k, Q Xk ,
LQ(x, ydy
lim
0k
1
Q (
, k k
yk .
向量形式:L 2、性质:
F


d r LP(x, ydx Q(x,ydy

L表示L的反向弧
3、计算:

L F(x,y dr L F (x, y dr
P(x, y, Q(x, y在有向光滑弧L上有定义且连续L的参数方程为
x (t, y (t,
2

(t:
2

(t,其中
,


(t ,上具有一 阶连续导数,且




(t (t 0,则
Q(x, yd y
{P[ (t, (t] (t Q[ (t, x
(t
z -


LP(x,ydx (t] (t}dt
4、两类曲线积分之间的关系: 设平面有向曲线弧为
cos

L

: X >

y
cos
2(t
L上点(x, y处的切向量的方向角为
(t
2(t'
(t
(t
2
(t ' cos
/ 2(t L Pdx Qdy L(Pcos Qcos ds.
(格林公式
1、格林公式:设区域 D是由分段光滑正向曲线 L围成,函数P(x,y,Q(x,y

2G为一个单连通区域,函数 P(x,y,Q(x,yG上具有连续一阶偏导数,则
Q x


P y
曲线积分 Pdx QdyG内与路径无关
L
曲线积分?Pdx Qdy 0
L


P(x, ydx Q(x, ydyG内为某一个函数u(y的全微分
x,
对面积的曲面积分 四)
1 定义:
D上具有连续一阶偏导数则有
D

dxdy -Pdx Qdy
L 为光滑曲面,函数f(x,y,z是定义在 上的一个有界函数,
n 定义 f (x,y,zdS lim f ( i , i , i Si 0
i 1 2 计算: ----- “ 一单二投三代入”
:z z(x, y(x, y
Dxy,则
f (x, y, zdS D f[x, y, z(x, y] (1 z(x, y Zy(x, ydxdy 2x2Dxy
( 对坐标的曲面积分
1 预备知识:曲面的侧,曲面在平面上的投影,流量 2 定义:
为有向光滑曲面,函数P(x, y,z,Q(x,y,z,R(x,y,z是定义在 上的有界函数,
n 定义 R(x,y,zd xdy limR( i , i, J( SJxy 0
i 1
n 同理, P(x, y, zd ydz lim P( i, i, J( SJyz 0
i 1
n
Q(x, y,zdzdx lim R( i, i, J( Sx 0
i 1

3、性质: 1
1 2,则
Pdydz Qdzdx Rdxdy
Pdydz Qdzdx Rdxdy Pdydz Qdzdx Rdxdy 1 2
2 表示与 取相反侧的有向曲面S Rdxdy Rdxdy
4 计算:一一“ 一投二代三定号”
:z z(x,y(x,y Dxyz z(x, y Dxy 上具有一阶连续偏导数,R(x,y,z
上连续,则 R(x,y,zdxdy D R[x, y,z(x, y]dxdy,为上侧取 + ”,
Dxy
为下侧取“-.
5 两类曲面积分之间的关系:
dS

Pdydz Qdzdx Rdxdy
Pcos Qcos Rcos 其中,,为有向曲面 在点(x,y,z处的法向量的方向角。
1
高斯公式:设空间闭区域 由分片光滑的闭曲面 所围成, 的方向取外侧
函数P,Q,R
上有连续的一阶偏导数则有
R dxdydz - Pd ydz z
Qdzdx

Rdxd y ( 高斯公式

R . dxdydz Pcos z Qcos 2 通量与散度
量:向量场A (P,Q,R通过曲
定侧的通量为:
Rcos dS

Pdydz Qdzdx
P Q 散度:divA -
x y ( 斯托克斯公式
Rdxdy 1、斯托克斯公式:设光滑曲面 的边界 是分段光滑曲线 的侧与 的正向
在内的一个空间域内具有连续
符合右手法则P(x,y,z,Q(x,y,z,R(x,y,z在包含 阶偏导数, 则有


为便于记忆

dydz dzdx dxdy Pdx Qdy Rdz z x x y d ydz dzdx dxd y -Pdx Qd y Rdz 斯托克斯公式还可写作
2 环流量与旋度 环流量:向量场A (P,Q,R沿着有向闭曲线




的环流量为门Pdx Qdy Rdz R
旋度:Q P R Q P y rot A y z ,
z
x
,

x 第十二章无穷级数 (常数项级数 1、定义:
1无穷级数:
UUUUn 1
2
3
U
n

n
部分和:Sn Uk U1 U2 U3 Un ,
k 1 正项级数: 5, Un 0
n 1 交错级数: 1nUn , Un 0
n 1 2 级数收敛:若nlimSn S存在,则称级数
n
U收敛,否则称级数
n 1 3 条件收敛:
Un收敛,而 ||发散;
n 1
n 1 绝对收敛: |Un|收敛。
n 1 2 性质:
1 改变有限项不影响级数的收敛性;
2 级数 a.
ban收敛,则
n S收敛;
n 1
n 1
n 1 3 级数 an收敛,则任意加括号后仍然收敛;
n 1 4 必要条件:级数 Un收敛 limUn 0.(注意:不是充分条件!)
n 1 n

3 审敛法 正项级数:
UnUn 0
n 1 1 定义:lim Sn S存在;
n 2
Un收敛 Sn有界;
n 1 3 比较审敛法: Un
Vn为正项级数,且Un Vn n 1,2,3,Un发散
n
n

Vn收敛,则
n 1 Un收敛;若 Un发散,则 £发散.
4 比较法的推论:
Un
n 1
n 1 Vn为正项级数,若存在正整数 m,当n m, Un收敛;若存在正整数 m,当n
UkVn,而 Vn收敛,则
n 1 n 1 m, Un kVn , Vn发散,则
n 1 Un发散.
5 比较法的极限形式: n 1 m
Ulim
Vn为正项级数,若 nn V n 1 Ul (0 Vn发散, Un
Vn收敛,则 Un收敛;若
1
n 1 Un Vn 0 ^ n lim Vn n U6 比值法:
Un为正项级数,设
n 1 lim
n Un
1时,级数
1,则当 I 1时,级数 Un可能收敛也可能发散.
Un收敛; n 1 则当I 1时,级数 Un发散;当I
n 1
n 1 7 根值法: Un为正项级数,设
n 1 I,则当I 1时,级数 Un收敛;则
Un可能收敛也可能发散.
1时,级数 Un发散;当I 1时,级数
n 1 8 极限审敛法: n1Un为正项级数,若lim n Un 0 lim n U
n 则级数
Un
1 发散;若存在P 交错级数: 1,使得lim np Un
I (0
n ,则级数
n 1 Un收敛.
莱布尼茨审敛法: 交错级数: (1Un
n 1
nUn 0 满足:Un 1 Un (n 1,2,3, nim U0n ,则级数1 1nUn收敛。
任意项级数:

4验证
nim R(xn nim '(n 1!(x (n 1
X

n 1
n 1
un绝对收敛,则 n 1 Un收敛。
收敛,
n
q| 1
常见典型级数:几何级数:
n 0

aq发散, iq 1
1
p -级数:
n 1

收敛, p 1

c p
1

发散,

p 1
(函数项级数 1、定义:函数项级数
Un(X,收敛域,收敛半径,和函数; n 1 n 2、幕级数:
aX
n

a
n 1 收敛半径的求法:

lim
n an ,则收敛半径
R 0,

n 0 3、泰勒级数
f(Xx X0
n 0 n! f(n 1( nimR(ximn
n
N(x xn1 00
展开步骤:(直接展开法 1 求出 f(n(x, n 1,2,3,

2 求出円化n 0,1,2,


(n 3写出
(Xo
(x X
n!

4验证
n

im R(xn nim '(n 1!(x (n 1 X
n 1
间接展开法:(利用已知函数的展开式) 1
m(m 1sin x 2
1
n
1

(m n 1 n!
2n (2n 1! 1
n1
x cosx 3
1 4
1 2n x (2n! 1 x 1 5
x ( 1, 1
1 x , x
n n
1 x
x 11,
1, 1] 6
ln(
1
1 7
1 x
m
2
1 x ,
2n (1,1 1
x ( 1, 1 8
(1 x 4 傅里叶级数 1 定义:
1 n
x ,
o
n! 函数的乘积在区间 上积分为零。
正交系:1,sin x,cosx,sin 2x,cos2x, ,sin nx,cosnx 函数系中任何不同的两个

傅里叶级数:f(x a0 2 n 1(an cos nx bn sin nx


1 an
f(xcosnxdx (n 0, 1, 2, 1
系数:
bh f(xsinnxdx (n 1, 2, 3, 2收敛定理:(展开定理
f (x是周期为2的周期函数, 并满足狄利克雷(Dirichlet 条件:
1在一个周期内连续或只有有限个第一类间断点 2在一个周期内只有有限个极值
X为连续
f (x, ao 2 an cosnx bnsinnx n 1 f(X f(X 3 傅里叶展开: 0, an f (xcosnxdx (n ①求出系数:
bn
f (xs inn xdx (n ②写出傅里叶级数
f(x (ancosnx 2 n 1 f (x的傅里叶级数收敛且有

③根据收敛定理判定收敛性。
x为间断点
1, 2, bn sin nx
1, 2, 3,

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