diff --git a/advanced-math/0-perpare/perpare.tex b/advanced-math/0-perpare/perpare.tex index 1963152..5f099b8 100644 --- a/advanced-math/0-perpare/perpare.tex +++ b/advanced-math/0-perpare/perpare.tex @@ -330,7 +330,7 @@ $$ \begin{tikzpicture}[scale=0.9] \draw[-latex](-3,0) -- (3,0) node[below]{$x$}; \draw[-latex](0,-2) -- (0,2) node[above]{$y$}; - \draw[black, thick, domain=-3:3] plot (\x,{rad(atan(\x))}) node[right]{$\arcsin(x)$}; + \draw[black, thick, domain=-3:3] plot (\x,{rad(atan(\x))}) node[right]{$\arctan(x)$}; \filldraw[black] (0,0) node[below]{$O$}; \draw[black, densely dashed](-3,pi/2) -- (3,pi/2); \draw[black, densely dashed](-3,-pi/2) -- (3,-pi/2); diff --git a/advanced-math/1-function-and-limit/function-and-limit.tex b/advanced-math/1-function-and-limit/function-and-limit.tex index 05d427e..d5b3885 100644 --- a/advanced-math/1-function-and-limit/function-and-limit.tex +++ b/advanced-math/1-function-and-limit/function-and-limit.tex @@ -26,11 +26,9 @@ % 圆圈序号 \usepackage{tikz} % 绘图 -\usepackage{mathtools} -% 有字的长箭头 \usepackage{array} % 设置表格行距 -\usepackage{hyperref} +\usepackage[colorlinks,linkcolor=black,urlcolor=blue]{hyperref} % 超链接 \author{Didnelpsun} \title{函数与极限} @@ -424,35 +422,6 @@ $\therefore\exists N>0$,当$n>N$时,$\vert a_n-A\vert<\dfrac{A}{2}\Rightarro 同理得证极限值小于0的情况。 -\subsection{迭代式数列极限} - -\textbf{例题:}数列$\{a_n\}$满足$a_0=0,a_1=1,2a_{n+1}=a_n+a_{n-1},n=1,2,\cdots$。计算$\lim_{n\to\infty}a_n$。 - -首先看题目,给出的递推式设计到二阶递推,即存在三个数列变量,所以我们必须先求出对应的数列表达式。因为这个表达式涉及三个变量,所以尝试对其进行变型: - -$ -\begin{aligned} - a_{n+1}-a_n & =\dfrac{a_{n-1}-a_n}{2} \\ - & =\left(-\dfrac{1}{2}\right)(a_n-a_{n-1}) \\ - & =\left(-\dfrac{1}{2}\right)^2(a_{n-1}-a_{n-2}) \\ - & =\cdots \\ - & =\left(-\dfrac{1}{2}\right)^n(a_1-a_0) \\ - & = \left(-\dfrac{1}{2}\right)^n -\end{aligned} -$ - -然后得到了$a_{n+1}-a_n=\left(-\dfrac{1}{2}\right)^n$,而需要求极限,所以使用列项相消法的逆运算: - -$ -\begin{aligned} - a_n & = (a_n-a_{n-1})+(a_{n-1}-a_{n-2})+\cdots+(a_1-a_0)+a_0 \\ - & = \left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n-1} + \left(-\dfrac{1}{2}\right)^{n-2} + \cdots + \left(-\dfrac{1}{2}\right)^0 \\ - & = \dfrac{1\cdot\left(1-\left(-\dfrac{1}{2}\right)^n\right)}{1-\left(-\dfrac{1}{2}\right)} \\ - & = \dfrac{2}{3}\left[1-\left(-\dfrac{1}{2}\right)^n\right] \\ - \lim_{n\to\infty}a_n & =\dfrac{2}{3} -\end{aligned} -$ - \subsection{海涅定理(归结原则)} 设$f(x)$在$\mathring{U}(x_0,\delta)$内有定义,则$\lim_{x\to x_0}f(x)=A$存在$\Leftrightarrow$对任何$\mathring{U}(x_0,\delta)$内以$x_0$为极限的数列$\{x_n\}(x_n\neq x_0)$,极限$\lim_{n\to\infty}f(x_n)=A$存在。 diff --git a/advanced-math/2-derivatives-and-differential/derivatives-and-differential.tex b/advanced-math/2-derivatives-and-differential/derivatives-and-differential.tex index df879e4..5c8c728 100644 --- a/advanced-math/2-derivatives-and-differential/derivatives-and-differential.tex +++ b/advanced-math/2-derivatives-and-differential/derivatives-and-differential.tex @@ -20,6 +20,8 @@ % 因为所以与其他数学拓展 \usepackage{amsmath} % 数学公式 +\usepackage[colorlinks,linkcolor=black,urlcolor=blue]{hyperref} +% 超链接 \usepackage{setspace} \renewcommand{\baselinestretch}{1.5} % 1.5倍行距 diff --git a/advanced-math/3-differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives/differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives.tex b/advanced-math/3-differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives/differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives.tex index 9e9dde4..aa074c8 100644 --- a/advanced-math/3-differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives/differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives.tex +++ b/advanced-math/3-differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives/differential-mean-value-theorem-and-applications-of-derivatives.tex @@ -1,6 +1,6 @@ \documentclass[UTF8, 12pt]{ctexart} % UTF8编码,ctexart现实中文 -\usepackage{color} +\usepackage{xcolor} % 使用颜色 \definecolor{orange}{RGB}{255,127,0} \definecolor{violet}{RGB}{192,0,255} @@ -22,6 +22,8 @@ % 数学公式 \usepackage[colorlinks,linkcolor=black,urlcolor=blue]{hyperref} % 超链接 +\usepackage{tikz} +% 绘图 \usepackage{setspace} \renewcommand{\baselinestretch}{1.5} % 1.5倍行距 @@ -44,9 +46,72 @@ \section{微分中值定理} +三个定理都是建立局部与整体的关系,利用导数控制函数,反之不能使用函数控制导数。 + +$\text{罗尔定理}\xrightleftharpoons[\text{特例:}f(a)=f(b)]{\text{泛化:任意端点值}}\text{拉格朗日中值定理}\xrightleftharpoons[\text{特例:}F(x)=x]{\text{泛化:参数方程}}\text{柯西中值定理}$ + \subsection{罗尔定理} -\textcolor{violet}{\textbf{定义:}} +极值\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}若$\exists\delta>0$,使$\forall x\in U(x_0,\delta)$恒有$f(x)\geqslant f(x_0)$,则$f(x)$在$x_0$处取极小值,恒有$f(x)\leqslant f(x_0)$,则$f(x)$在$x_0$处取极大值。 + +费马引理\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}若$f(x)$在$x_0$处取得极值,且$f(x)$在$x_0$处可导,则$f'(x_0)=0$。 + +罗尔定理\textcolor{violet}{\textbf{定义:}} + +\begin{enumerate} + \item $f(x)$在$[a,b]$上连续。 + \item $f(x)$在$(a,b)$内可导。 + \item $f(a)=f(b)$。 +\end{enumerate} + +则$\exists\,\xi\in(a,b)$,使得$f'(\xi)=0$。 + +\begin{tikzpicture}[scale=0.7] + \draw[-latex](-0.5,0) -- (8,0) node[below]{$x$}; + \draw[-latex](0,-0.5) -- (0, 4) node[above]{$y$}; + \filldraw[black] (0,0) node[below]{$O$}; + \draw[black, thick,domain=-0.5:8] plot (\x, {sin((\x-0.5) r)+2}); + \filldraw[black] (6,3.5) node {$y=f(x)$}; + \draw[densely dashed](0.5,2) -- (0.5+2*pi, 2); + \draw[densely dashed](0.5,2) -- (0.5, 0) node[below]{$a$}; + \draw[densely dashed](0.5+2*pi,2) -- (0.5+2*pi, 0) node[below]{$b$}; + \draw[densely dashed](0.5+pi/2,3) -- (0.5+pi/2, 0) node[below]{$\xi_1$}; + \draw[densely dashed](0.5+pi/2*3,1) -- (0.5+pi/2*3, 0) node[below]{$\xi_2$}; + \draw[black](pi/2-0.5,3) -- (1.5+pi/2,3); + \draw[black](pi/2*3-0.5,1) -- (1.5+pi/2*3,1); +\end{tikzpicture} + +\subsection{拉格朗日中值定理} + +\begin{enumerate} + \item $f(x)$在$[a,b]$上连续。 + \item $f(x)$在$(a,b)$内可导。 +\end{enumerate} + +则$\exists\,\xi\in(a,b)$,使得$f(b)-f(a)=f'(\xi)(b-a)$。 + +其中$f(b)-f(a)=f'[a+\theta(b-a)](b-a)(0<\theta<1)$,$\because f'(\xi)=f'[a+(\xi-a)]=f'[a+\dfrac{\xi-a}{b-a}(b-a)]$。 + +有限增量公式\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}$\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)=f'[x_0+\theta\Delta x]\Delta x(0<\theta<1)$。 + +推论:$f(x)$在$I$上连续且可导,则$I$上$f(x)=C\Leftrightarrow f'(x)\equiv 0$ + +\textbf{例题:}证明$x>0$时,$\dfrac{x}{1+x}<\ln(1+x)0$时,$x-\dfrac{x^3}{6}<\sin xf(0)=0$,即$x>\sin x$。 + +令$g(x)=\sin x-x-\dfrac{x^3}{6}$,而$g(0)=0$。 + +$g'(x)=\cos x-1+\dfrac{x^2}{2}\geqslant 0$,则$g(x)$在$R$上递增。 + +$\therefore$在$(0,+\infty]$上$g(x)>g(0)=0$,即$\sin x>x-\dfrac{x^3}{6}$。 + +得证。 + +\subsection{曲线凹凸性与拐点} + +\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}若函数$f(x)$在区间$I$上连续,且对$I$上任意两点$x_1,x_2$恒有: + +\begin{enumerate} + \item $f(\dfrac{x_1+x_2}{2})<\dfrac{f(x_1)+f(x_2)}{2}$,则$f(x)$在$I$上凹。 + \item $f(\dfrac{x_1+x_2}{2})>\dfrac{f(x_1)+f(x_2)}{2}$,则$f(x)$在$I$上凸。 +\end{enumerate} + +而当凹凸性发生改变的点就是拐点。 + +\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}} + +\begin{enumerate} + \item 函数$f(x)$在区间$[a,b]$上连续,在$(a,b)$内二阶可导。 + \item 若$(a,b)$内$f''(x)>0$,则$f(x)$在$[a,b]$上凹。 + \item 若$(a,b)$内$f'(x)<0$,则$f(x)$在$[a,b]$上凸。 +\end{enumerate} + +拐点的二阶导数等于0,或拐点在二阶导数不存在的点。 + +\textbf{例题:}证明凹凸性与二阶导数的关系。 + +不妨先证明凹函数与二阶导数的关系。已知$f''(x)>0$ + +不妨设$x_10 +\end{aligned} +$ + +$\therefore f''(x)>0\Rightarrow f(\dfrac{x_1+x_2}{2})<\dfrac{f(x_1)+f(x_2)}{2}$。 + +\section{函数极值与最值} + +\subsection{函数极值} + +极值\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}若$\exists\,\delta>0$,使 + +$\forall x\in U(x_0,\delta)$恒有$f(x)\geqslant f(x_0)$,则$f(x)$在$x_0$取极小值。 + +$\forall x\in U(x_0,\delta)$恒有$f(x)\leqslant f(x_0)$,则$f(x)$在$x_0$取极大值。 + +\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}}(极值必要条件) + +若$f(x)$在$x_0$处可导,且$x_0$处取得极值,则$f'(x_0)=0$。 + +\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}}(极值第一充分条件) + +设$f(x)$在$\mathring{U}(x_0,\delta)$内可导,且$f'(x_0)=0$或在$x_0$连续。 + +\begin{enumerate} + \item 若$xx_0$时$f'(x)\leqslant 0$,则$x_0$取得极大值。 + \item 若$x>x_0$时,$f'(x)\geqslant 0$,$x0$,则$f(x)$在$x_0$取极小值。 +\end{enumerate} + +\subsection{函数最值} + +\subsubsection{连续函数闭区间最值} + +\begin{enumerate} + \item 求出$f(x)$在$(a,b)$内的驻点和不可导的点$x_1,x_2\cdots,x_n$。 + \item 求出函数值$f(x_1),f(x_2)\cdots,f(x_n)$与端点值$f(a),f(b)$。 + \item 比较求出最值。 +\end{enumerate} + +\subsubsection{最值应用题} + +\begin{enumerate} + \item 建立目标函数并确定定义域。 + \item 求出驻点并计算值。 +\end{enumerate} + +\section{函数图像绘制} + +\subsection{基本步骤} + +\begin{enumerate} + \item 确定函数定义域,并考察其奇偶性与周期性。 + \item 求出一阶导数与二阶导数,并计算导数为0与不存在的点。 + \item 根据导数判断增减性与凹凸性,并求出极值与拐点。 + \item 求出渐近线。 + \item 确定另外的特殊点。 +\end{enumerate} + +\subsection{函数渐近线} + +\begin{itemize} + \item 若$\lim_{x\to\infty}f(x)=A$,那么$y=A$就是水平渐近线。 + \item 若$\lim_{x\to x_0}f(x)=\infty$,那么$x=x_0$就是垂直渐近线。 + \item 若$\lim_{x\to\infty}\dfrac{f(x)}{x}=a,b=\lim_{x\to\infty}(f(x)-ax)$,那么$y=ax+b$就是斜渐近线。 +\end{itemize} + \end{document}