diff --git a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf index c64a012..afb5a71 100644 Binary files a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf and b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf differ diff --git a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex index 9750b1c..d6c198d 100644 --- a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex +++ b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex @@ -240,6 +240,20 @@ $=-\dfrac{2au}{1+u^2}+2a\arctan u+C=(x-a)\sqrt{\dfrac{a+x}{a-x}}+2a\arctan\sqrt{ $=-\sqrt{a^2-x^2}+2a\arctan\sqrt{\dfrac{a+x}{a-x}}+C$。 +特别是根式下是比较古怪的表达式,不能直接通过有理换元计算,可以尝试先部分积分再换元。 + +\textbf{例题:}求$\displaystyle{\int\dfrac{xe^x}{\sqrt{1+e^x}}\textrm{d}x}$。 + +解:若首先进行换元积分法,令$\sqrt{1+e^x}=t$,则$I=2\int\ln(t^2-1)\,\textrm{d}t$。 + +所以先尝试换元:$\int xe^x(1+e^x)^{-\frac{1}{2}}\,\textrm{d}x=2\int x\,\textrm{d}(\sqrt{1+e^x})=2x\sqrt{1+e^x}-2\int\sqrt{1+e^x}\,\textrm{d}x$,再令$\sqrt{1+e^x}=t$。 + +则$x=\ln(t^2-1)$,$\textrm{d}x=\dfrac{2t}{t^2-1}\textrm{d}t$。 + +则$\displaystyle{\int\sqrt{1+e^x}\,\textrm{d}x=\int\dfrac{2t^2}{t^2-1}\textrm{d}t=2\int\dfrac{t^2-1+1}{t^2-1}\textrm{d}t}=2\left(t+\dfrac{1}{2}\ln\left\vert\dfrac{t-1}{t+1}\right\vert\right)+C=2\sqrt{1+e^x}+\ln\dfrac{\sqrt{1+e^x}-1}{\sqrt{1+e^x}+1}+C$。 + +$\therefore=2x\sqrt{1+e^x}-4\sqrt{1+e^x}-2\ln\dfrac{\sqrt{1+e^x}-1}{\sqrt{1+e^x}+1}+C$。 + \paragraph{万能公式} \leavevmode \medskip 同样属于有理积分的内容,但是本质还是属于三角函数的部分。 @@ -643,6 +657,16 @@ $=-\dfrac{1}{2(x^2+x+1)}-\dfrac{2}{\sqrt{3}}\arctan\dfrac{2x+1}{\sqrt{3}}-\dfrac $=-\dfrac{4x+3}{2(x^2+x+1)}-\dfrac{6}{\sqrt{3}}\arctan\dfrac{2x+1}{\sqrt{3}}+C$。 +\subsection{不定积分等式} + +积分求导就得到微分,题目会给出微分和积分之间的关系式,以求相关的函数表达式。 + +\textbf{例题:}已知$\int f'(x^3)\,\textrm{d}x=x^3+C$,求$f(x)$表达式。 + +解:两边求导:$f'(x^3)=3x^2$,令$x^3=t$,则$x=t^\frac{1}{3}$,即$f'(t)=3t^\frac{2}{3}$。 + +所以$f(x)=\dfrac{9}{5}x^\frac{5}{3}+C$。 + \section{定积分} \subsection{定限积分} @@ -679,20 +703,26 @@ $=\left[\arctan x+\dfrac{1}{2}\ln(1+x^2)\right]_0^1=\dfrac{\pi}{4}+\dfrac{1}{2}\ \subsubsection{区间再现} -若函数$f(x)$为连续函数,则$\int_a^bf(x)\,\textrm{d}x=\int_a^bf(a+b-x)\,\textrm{d}x$。 +若函数$f(x)$为连续函数,则$\int_a^bf(x)\,\textrm{d}x=\int_a^bf(a+b-x)\,\textrm{d}x$。区间再现本质是一种换元法,但是实际上是本显式的根据函数周期移动$x$的范围,求出另一种形式,再结合一起解出。 + +基本上三角函数相关的式子可以用区间再现。 \textbf{例题:}求$\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin x}{\sin x+\cos x}\textrm{d}x}$。 -解: - -% 可以使用万能公式来计算,但是这里我们使用区间再现换元法来计算。 - -$=\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin(\dfrac{\pi}{2}-x)}{\sin(\dfrac{\pi}{2}-x)+\cos(\dfrac{\pi}{2}-x)}\textrm{d}x=\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\cos x}{\cos x+\sin x}\textrm{d}x}$ +解:$=\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin(\dfrac{\pi}{2}-x)}{\sin(\dfrac{\pi}{2}-x)+\cos(\dfrac{\pi}{2}-x)}\textrm{d}x=\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\cos x}{\cos x+\sin x}\textrm{d}x}$ 又$\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin x}{\sin x+\cos x}\textrm{d}x+\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\cos x}{\cos x+\sin x}\textrm{d}x}$$=\int_0^\frac{\pi}{2}\textrm{d}x=\dfrac{\pi}{2}$。 $\therefore\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin x}{\cos x+\sin x}\textrm{d}x}=\dfrac{\pi}{4}$。 +\textbf{例题:}求$\displaystyle{\int_0^\pi}\dfrac{x\sin x}{1+\cos^2x}\textrm{d}x$。 + +解:首先看题目,貌似分部积分无法进行,因为式子结构不是两个部分,换元法一般的也换不了, + +根据区间再现公式,令$x=\pi-t$,则$=-\displaystyle{\int_\pi^0\dfrac{(\pi-t)\sin(\pi-t)}{1+\cos^2(\pi-t)}\textrm{d}t}=$\\$\displaystyle{\int_0^\pi\dfrac{(\pi-t)\sin t}{1+\cos^2t}\textrm{d}t}=\pi\displaystyle{\int_0^\pi\dfrac{\sin t}{1+\cos^2t}\textrm{t}-I}$。 + +$\therefore=\dfrac{1}{2}\pi\displaystyle{\int_0^\pi\dfrac{\sin t}{1+\cos^2t}\textrm{d}t}=-\dfrac{1}{2}\pi\int_0^\pi\dfrac{\textrm{d}\cos t}{1+\cos^2t}=-\dfrac{1}{2}\pi\arctan\cos t\bigg|_0^\pi=\dfrac{1}{4}\pi^2$。 + \subsubsection{换元积分} 换元积分法基本上跟不定积分一样。 @@ -722,6 +752,34 @@ $\therefore\int_0^\frac{\pi}{2}e^{2x}\cos x\,\textrm{d}x=[e^{2x}\sin x+2e^{2x}\c $\int_0^\frac{\pi}{2}e^{2x}\cos x\,\textrm{d}x=\dfrac{1}{5}[e^{2x}(\sin x+2\cos x)]_0^\frac{\pi}{2}=\dfrac{1}{5}(e^\pi-2)$。 +\subsubsection{几何意义} + +定积分与不定积分不同的就是定积分具有几何意义,可以在计算时简化操作。 + +\textbf{例题:}计算$\int_0^1\sqrt{2x-x^2}\,\textrm{d}x$。 + +解:首先看到这个题目可能会使用换元积分法,但是尝试$t=\sqrt{2x-x^2}$,则$x$无法用$t$表示。 + +对$\sqrt{2x-x^2}$进行变形,$=\sqrt{1-(x-1)^2}$,令$x-1=t$,则$=\int_0^1\sqrt{1-t^2}\,\textrm{d}t$,根据定积分的几何意义,这是一个单位圆的四分之一,所以结果等于$\dfrac{1}{4}\pi$。 + +\subsubsection{定限积分等式} + +与不定积分等式一样,存在一些问题给出带有不定积分的等式,需要求里面的包含的函数。其中不同的是定限积分的值都是常数,所以解题时可以令其为一个参数求。 + +\textbf{例题:}设$f(x)=x^2-x\int_0^2f(x)\,\textrm{d}x+2\int_0^1f(x)\,\textrm{d}x$,求$f(x)$。 + +解:令$\int_0^2f(x)\,\textrm{d}x=a$,$\int_0^1f(x)\,\textrm{d}x=b$。 + +则等式变为$f(x)=x^2-ax+2b$,所以等式就可以回代到两个参数的定积分中。 + +$\int_0^2(x^2-ax+2b)\,\textrm{d}x=a$,$\int_0^1(x^2-ax+2b)\,\textrm{d}x=b$。 + +$\left[\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{ax^2}{2}+2bx\right]_0^2=\dfrac{8}{3}-2a+4b=a$,$\left[\dfrac{x^3}{3}-\dfrac{ax^2}{2}+2bx\right]_0^1=\dfrac{1}{3}-\dfrac{a}{2}+2b=b$。 + +即$b-\dfrac{1}{2}a=-\dfrac{1}{3}$,$4b-3a==\dfrac{8}{3}$,解得$a=\dfrac{4}{3}$,$b=\dfrac{1}{3}$。 + +则$f(x)=x^2-\dfrac{4}{3}x+\dfrac{2}{3}$。 + \subsection{变限积分} \subsubsection{极限} @@ -758,6 +816,24 @@ $\therefore\varPhi(x)=\left\{\begin{array}{ll} 由于$x\to1^-$时,$\lim\limits_{x\to1^-}\varPhi(x)=\lim\limits_{x\to1^-}\dfrac{x^3}{3}=\dfrac{1}{3}$。$x=1$时,$\varPhi(1)=\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{6}=\dfrac{1}{3}$,所以$\varPhi(x)$在$x=1$处连续,而在其他定义域都是函数,所以也连续,从而$\varPhi(x)$在$(0,2)$上连续。 +\subsubsection{极值} + +\textbf{例题:}设$f(x)$是定义于$x\geqslant1$的正值连续函数,则求其相关函数$F(x)=\displaystyle{\int_1^x\left[\left(\dfrac{2}{x}+\ln x\right)-\left(\dfrac{2}{t}+\ln t\right)\right]f(t)\,\textrm{d}t}$($x\geqslant1$)的极小值点。\medskip + +解:按照一般函数一样求极值就是求导,注意的是$t$和$x$含义不同,若对$t$求导,则$x$作为积分上限是看作常数的,所以可以提出去: + +$F(x)=\left(\dfrac{2}{x}+\ln x\right)\displaystyle{\int_1^xf(t)\,\textrm{d}t-\int_1^x\left(\dfrac{2}{t}+\ln t\right)f(t)\,\textrm{d}t}$。 + +$x$求导:$F'(x)=\left(-\dfrac{2}{x^2}+\dfrac{1}{x}\right)\int_1^xf(t)\,\textrm{d}t+\left(\dfrac{2}{x}+\ln x\right)f(x)-\left(\dfrac{2}{x}+\ln x\right)f(x)$ + +$\because f(x)$为连续正值函数,$\therefore=\dfrac{x-2}{x^2}\int_1^xf(t)\,\textrm{d}t=\left\{\begin{array}{lcl} + < 0, & & 10, & & x>2 +\end{array}\right.$。 + +所以极小值为$2$。 + \subsection{反常积分} 反常积分就是取极限,基本计算方法一样。 @@ -774,6 +850,14 @@ $\therefore=\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{1}{1+\tan u}\textrm{d}u=\in 根据区间再现公式,$\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\sin u}{\cos u+\sin u}\textrm{d}u=\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{\cos u}{\cos u+\sin u}\textrm{d}u=\dfrac{\pi}{4}}$。 +\subsubsection{求参数} + +题目会给出一个含参的式子,并给出对应的极限值,要求对应的参数值。首先必须知道对应的式子什么时候才会收敛。 + +\textbf{例题:}已知$\displaystyle{\int_1^{+\infty}\left[\dfrac{2x^2+bx+a}{x(2x+a)}-1\right]}$,求参数。 + +解:首先将式子化简$=\displaystyle{\int_1^{+\infty}\dfrac{(b-a)x+a}{x(2x+a)}\textrm{d}x=(b-a)\int_1^{+\infty}\dfrac{1}{2x+a}\textrm{d}x}+$\\$\displaystyle{a\int_1^{+\infty}\dfrac{1}{x(2x+a)}\textrm{d}x}=(b-a)\int_1^{+\infty}\dfrac{1}{2x+a}\textrm{d}x+\int_1^{+\infty}\dfrac{1}{x}\textrm{d}x-2\int_1^{+\infty}\dfrac{1}{2x+a}\textrm{d}x$ + \subsubsection{递推公式} \textbf{例题:}利用递推公式计算反常积分$I_n=\int_0^{+\infty}x^ne^{-x}\,\textrm{d}x$($n\in N$)。 diff --git a/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.pdf b/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.pdf index 425a7b3..546f87a 100644 Binary files a/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.pdf and b/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.pdf differ diff --git a/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.tex b/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.tex index 9e0dfcb..c5cb962 100644 --- a/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.tex +++ b/linear-algebra/exercise/2-matrix/matrix.tex @@ -463,4 +463,76 @@ $(A-E)^{-1}=BA^{-1}=B(B-E)B^{-1}$,然后就不知道接下来怎么办了。 0 & 0 & 1 \end{array}\right]$。 +\section{矩阵秩} + +\subsection{未知参数} + +已知一个矩阵的秩,求其矩阵中的参数。需要将矩阵简化,使得最下面的一行除了参数没有别的非零常数。 + +\textbf{例题:}已知$A=\left[\begin{array}{cccc} + 1 & 1 & a & 4 \\ + 1 & 0 & 2 & a \\ + -1 & a & 1 & 0 +\end{array}\right]$,$r(A)=3$,求$A$。 + +解:首先对$A$化简:$A=\left[\begin{array}{cccc} + 1 & 1 & a & 4 \\ + 0 & 1 & a-2 & 4-a \\ + 0 & 0 & (a+1)(3-a) & a(a-3) +\end{array}\right]$,若$r(A)=3$,则$(a+1)(3-a)$与$a(a-3)$不全为0,所以$a\neq3$。 + +\subsection{矩阵运算} + +给出几个矩阵,进行矩阵运算求出对应的秩。 + +$r(kA)=r(A)$。 + +$r(AB)\leqslant\min\{r(A),r(B)\}$。当且仅当$AB$满秩等号成立。 + +$r(A+B)\leqslant r(A|B)\leqslant r(A)+r(B)$。 + +$r(A^*)=\left\{\begin{array}{l} + n, r(A)=n \\ + 1, r(A)=n-1 \\ + 0, r(A)