diff --git a/advanced-math/4-single-variable-function-differential-calculus/single-variable-function-differential-calculus.tex b/advanced-math/4-single-variable-function-differential-calculus/single-variable-function-differential-calculus.tex new file mode 100644 index 0000000..ce24d29 --- /dev/null +++ b/advanced-math/4-single-variable-function-differential-calculus/single-variable-function-differential-calculus.tex @@ -0,0 +1,169 @@ +\documentclass[UTF8]{ctexart} +% UTF8编码,ctexart现实中文 +\usepackage{color} +% 使用颜色 +\definecolor{orange}{RGB}{255,127,0} +\definecolor{violet}{RGB}{192,0,255} +\usepackage{geometry} +\setcounter{tocdepth}{4} +\setcounter{secnumdepth}{4} +% 设置四级目录与标题 +\geometry{papersize={21cm,29.7cm}} +% 默认大小为A4 +\geometry{left=3.18cm,right=3.18cm,top=2.54cm,bottom=2.54cm} +% 默认页边距为1英尺与1.25英尺 +\usepackage{indentfirst} +\setlength{\parindent}{2.45em} +% 首行缩进2个中文字符 +\usepackage{amssymb} +% 因为所以与其他数学拓展 +\usepackage{amsmath} +% 数学公式 +\usepackage{setspace} +\renewcommand{\baselinestretch}{1.5} +% 1.5倍行距 +\author{Didnelpsun} +\title{一元函数微分学} +\begin{document} +\maketitle +\thispagestyle{empty} +\tableofcontents +\thispagestyle{empty} +\newpage +\pagestyle{plain} +\setcounter{page}{1} +\section{概念} +\subsection{引例} + +设$f(x)$下$x$在$x_0$的邻域内,$\alpha$为切线所成夹角。 + +$\tan\alpha=f'(x_0)=\lim_{x\to x_0}\dfrac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}=k$ + +\subsection{导数} + +设$y=f(x)$定义在区间$I$上,让自变量在$x=x_0$处加一个增量$\Delta x$,其中$x_0\in I$,$x_0+\Delta x\in I$,则可得函数的增量$\Delta y=f(x_0+\Delta x)-f(x_0)$。若函数增量$\Delta y$与自变量增量$\Delta x$的比值在$\Delta x\to 0$时的极限存在,则称函数$y=f(x)$在$x_0$处可导,并称这个极限为$y=f(x)$在点$x_0$处的导数,记作$f'(x)$,即$f'(x)=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{\Delta y}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$。 + +下面三句话等价: + +\begin{enumerate} + \item $y=f(x)$在$x_0$处可导。 + \item $y=f(x)$在$x_0$处导数存在。 + \item $f'(x)=A$。($A$为有限数) +\end{enumerate} + +单侧导数分为左导数和右导数。 + +$f'_-(x)=\lim_{\Delta x\to 0^-}\dfrac{\Delta y}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$ + +$f'_+(x)=\lim_{\Delta x\to 0^+}\dfrac{\Delta y}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x}$ + +所以$f(x)$在$x_0$处可导的充要条件是其左导数和右导数存在且相等。 + +若$f(x)$在$x_0$的左右,如$y=\vert x\vert$在$0$的左右出现了单侧的不同的切线,那这个$x_0$就是一个\textbf{角点},该角点处不可导。 + +若$f(x)$在$x_0$处导数为无穷,如$y=x^{\frac{1}{3}}$在$0$处利用导数的极限定义计算得到为正无穷,那么该点的导数为无穷导数,在考研中被认为是不存在的。 + +\textbf{例题1:}证明若$f(x)$为可导的偶函数,则$f'(x)$为奇函数,若$f(x)$为可导的奇函数,则$f'(x)$为偶函数。 + +该证明是准备部分的定理。 + +首先已知$f(-x)=f(x)$,证明$f'(-x)=-f'(x)$。 + +$\therefore$ + +$ +\begin{aligned} + f'(-x) &=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(-x+\Delta x)-f(-x)}{\Delta x} \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+(-\Delta x))}{\Delta x} \\ + & =-\lim_{-\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+(-\Delta x))}{-\Delta x} \\ + & =-f'(x) +\end{aligned} +$ + +同理得证$f(-x)=-f(x)\Rightarrow f'(-x)=f'(x)$。 + +\textbf{例题2:}证明$f(x)$为可导的周期为$T$的周期函数,则$f'(x)$也是以$T$为周期的周期函数。 + +已知$f(x+T)=f(x)$,求证$f'(x+T)=f'(x)$。 + +$\therefore f'(x+T)=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+T+\Delta x)-f(x+T)}{\Delta x}=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}=f'(x)$。 + +\textbf{例题3:}设$f(x)$是二阶可导的以2为周期的奇函数,且$f(\dfrac{1}{2})>0$,$f'(\dfrac{1}{2})>0$,比较$f(-\dfrac{1}{2})$、$f'(\dfrac{3}{2})$、$f''(0)$的大小。 + +$\because f(x)$为二阶奇函数,$\therefore f(x)\text{奇函数}\Rightarrow f'(x)\text{偶函数}\Rightarrow f''(x)\text{奇函数}\Rightarrow f''(0)=0$。 + +$\therefore f(-\dfrac{1}{2})=-f(\dfrac{1}{2})<0$。 + +$\because f(x)T=2\Rightarrow f'(x)T=2$,$\therefore f'(\dfrac{3}{2})=f'(\dfrac{3}{2}-2)=f'(-\dfrac{1}{2})=f'(\dfrac{1}{2})>0$。 + +$\therefore f'(\dfrac{3}{2})>f''(0)>f(-\dfrac{1}{2})$。 + +\textbf{例题4:}证明$(uv)'=u'v+uv'$。 + +令$f(x)=u(x)v(x)$。 + +$ +\begin{aligned} + & (u\cdot v)' \\ + & =f'(x) \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x} \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{u(x+\Delta x)v(x+\Delta x)-u(x)v(x)}{\Delta x} \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{u(x+\Delta x)v(x+\Delta x)-u(x)v(x+\Delta x)+u(x)v(x+\Delta x)-u(x)v(x)}{\Delta x} \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{u(x+\Delta x)-u(x)}{\Delta x}v(x+\Delta x) +\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{v(x+\Delta x)-v(x)}{\Delta x}u(x) \\ + & =u'(x)v(x)+v'(x)u(x) +\end{aligned} +$ + +\textbf{例题5:}证明可导必连续。 + +已知连续定义:$\lim_{\Delta x\to 0}f(x+\Delta x)=f(x)$,即$\lim_{\Delta x\to 0}f(x+\Delta x)-f(x)=0$。 + +可导定义:$f'(x)=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x} = A$ + +$ +\begin{aligned} + & \lim_{\Delta x\to 0}f(x+\Delta x)-f(x) \\ + & =\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}\cdot\Delta x \\ + & =A\cdot 0 \\ + & =0 +\end{aligned} +$ + +\textbf{例题6:}若$f(x)$在$x=x_0$处连续,且$\lim_{x\to x_0}\dfrac{f(x)}{x-x_0}=A$,则$f(x_0)=0$且$f'(x_0)=A$。 + +证明:$\because\text{连续,}\therefore f(x_0)=\lim_{x\to x_0}f(x)=\lim_{x\to x_0}\dfrac{f(x)}{x-x_0}(x-x_0)=A\cdot 0=0$。 + +又$f'(x_0)=\lim_{x\to x_0\dfrac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}}=\lim_{x\to x_0}\dfrac{f(x)}{x-x_0}=A$。 + +如$\lim_{x\to 1}\dfrac{f(x)}{x-1}=2$且$f(x)$连续,可以推出$f(1)=0$与$f'(1)=2$。 + +高阶导数\textcolor{violet}{\textbf{定义:}}$f^n(x_0)=\lim_{\Delta x\to 0}\dfrac{f^{n-1}(x_0+\Delta x)-f^{n-1}(x_0)}{\Delta x}$,其中$n\geqslant 2$且$n\in N^+$,$f^{n-1}(x)$在$x_0$的某领域内有定义,$x_0+\Delta x$也在该邻域内。 + +\subsection{微分} + +有一个边长为$x$的正方形,变化了$\Delta x$,其面积$\Delta S=(x+\Delta x)^2-x^2=2x\Delta x+(\Delta x)^2$。 + +当$\Delta x\to 0$时,将这个变化定义为$2x\cdot\Delta x+o(\Delta x)$,前项为线性主部,后面为误差。这个就是$S$的微分。 + +增量$\Delta y=f(x_0+\Delta)-f(x_0)=A\Delta x+o(\Delta x)$,这个$A\Delta x$定义为$\rm{d}y$,叫做$y$的微分。 + +$\therefore \rm{d}y\vert_{x=x_0}=A\Delta x=y'(x_0)\cdot\Delta x=y'(x_0)\cdot\rm{d}x$ + +由此,可导必可微,可微必可导。 + +\section{导数与微分计算} +\subsection{四则运算} +\subsection{分段函数的导数} +\subsection{复合函数的导数与微分形式不变性} +\subsection{反函数导数} +\subsection{参数方程函数导数} +\subsection{隐函数求导法} +\subsection{对数求导法} +\subsection{幂指函数求导法} +\subsection{高阶导数} +\subsubsection{归纳法} +\subsubsection{莱布尼茨公式} +\subsubsection{泰勒公式} +\subsection{变限积分求导公式} +\subsection{基本求导公式} +\end{document} diff --git a/advanced-math/4-single-variable-function-differential-calculus/model.tex b/model/model.tex similarity index 100% rename from advanced-math/4-single-variable-function-differential-calculus/model.tex rename to model/model.tex diff --git a/model/single-variable-function-differential-calculus.tex b/model/single-variable-function-differential-calculus.tex deleted file mode 100644 index 44ad0f5..0000000 --- a/model/single-variable-function-differential-calculus.tex +++ /dev/null @@ -1,48 +0,0 @@ -\documentclass[UTF8]{ctexart} -% UTF8编码,ctexart现实中文 -\usepackage{color} -% 使用颜色 -\usepackage{geometry} -\setcounter{tocdepth}{4} -\setcounter{secnumdepth}{4} -% 设置四级目录与标题 -\geometry{papersize={21cm,29.7cm}} -% 默认大小为A4 -\geometry{left=3.18cm,right=3.18cm,top=2.54cm,bottom=2.54cm} -% 默认页边距为1英尺与1.25英尺 -\usepackage{indentfirst} -\setlength{\parindent}{2.45em} -% 首行缩进2个中文字符 -\usepackage{setspace} -\renewcommand{\baselinestretch}{1.5} -% 1.5倍行距 -\author{Didnelpsun} -\title{一元函数微分学} -\begin{document} -\maketitle -\thispagestyle{empty} -\tableofcontents -\thispagestyle{empty} -\newpage -\pagestyle{plain} -\setcounter{page}{1} -\section{概念} -\subsection{引例} -\subsection{导数} -\subsection{微分} -\section{导数与微分计算} -\subsection{四则运算} -\subsection{分段函数的导数} -\subsection{复合函数的导数与微分形式不变性} -\subsection{反函数导数} -\subsection{参数方程函数导数} -\subsection{隐函数求导法} -\subsection{对数求导法} -\subsection{幂指函数求导法} -\subsection{高阶导数} -\subsubsection{归纳法} -\subsubsection{莱布尼茨公式} -\subsubsection{泰勒公式} -\subsection{变限积分求导公式} -\subsection{基本求导公式} -\end{document}