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高等數(shù)學(xué)(上冊)
本書是西安電子科技大學(xué)高等數(shù)學(xué)教學(xué)團隊核心成員進行線上線下混合式教學(xué)改革的成果,分上、下兩冊出版. 上冊內(nèi)容包括: 函數(shù)、極限與連續(xù),導(dǎo)數(shù)與微分,微分中值定理及導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,不定積分,定積分,定積分的應(yīng)用以及微分方程.
本書在保持高等數(shù)學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性和完整性的基礎(chǔ)上,突出問題驅(qū)動,通過一些帶有實際背景的典型例子或問題引出高等數(shù)學(xué)的基本概念,并用直觀的語言解釋數(shù)學(xué)符號,在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時,培養(yǎng)學(xué)生運用高等數(shù)學(xué)知識解決實際問題的能力. 在習(xí)題的選配上,每節(jié)分為基礎(chǔ)題、提高題兩類,每章末都編排了總習(xí)題. 同時本書還配置了有效的數(shù)字化資源,包括知識圖譜、教學(xué)目標、思考題、相關(guān)定理證明、習(xí)題參考答案等,讀者可通過掃描二維碼的方式獲取相應(yīng)的資源.
本書可作為高等院校理工科各專業(yè)高等數(shù)學(xué)課程的教材,也可作為相關(guān)專業(yè)學(xué)生考研的參考資料,還可供相關(guān)工程技術(shù)人員和廣大教師參考.
高等數(shù)學(xué)不僅是學(xué)習(xí)其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的重要基礎(chǔ)和工具,而且是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生邏輯推理和理性思維的重要載體. 高等數(shù)學(xué)的教學(xué)對大學(xué)生全面素質(zhì)的提高、分析能力的加強和創(chuàng)新意識的啟迪都至關(guān)重要.
本書既可作為理工科各專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)的教材,又可作為他們參加數(shù)學(xué)競賽和備考研究生的復(fù)習(xí)資料. 每章均包括知識圖譜、教學(xué)目標、基本內(nèi)容、典型例題以及知識延展五部分內(nèi)容. 本書在經(jīng)典的微積分內(nèi)容中加入問題驅(qū)動,力求在釋疑解惑中滲透現(xiàn)代數(shù)學(xué)的思想與方法. 全書紙質(zhì)內(nèi)容與數(shù)字化資源一體化設(shè)計,緊密配合,使學(xué)生能夠更加深入、細致地理解高等數(shù)學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法. 同時知識延展部分為學(xué)有余力的學(xué)生提供了深入探討微積分進階內(nèi)容的平臺. 本書旨在為線上線下混合式教學(xué)提供有效的教學(xué)資源與參考,為理工科大學(xué)生的高等數(shù)學(xué)自主學(xué)習(xí)提供同步輔導(dǎo).
本書共十二章,分上、下兩冊出版,上冊內(nèi)容包括函數(shù)、極限與連續(xù),導(dǎo)數(shù)與微分,微分中值定理及導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用,不定積分,定積分,定積分的應(yīng)用與微分方程,共七章.
本書由楊有龍教授主持立項、整體把控,張麗副教授具體協(xié)調(diào),參與撰寫本書的核心成員均是教學(xué)一線經(jīng)驗豐富的高等數(shù)學(xué)教師.
第一章由楊有龍、田闐負責(zé),前期參與的還有李宏; 第二章由陳慧嬋負責(zé),前期參與的還有武燕; 第三章由張麗負責(zé),前期參與的還有吳婷; 第四章由吳艷負責(zé),前期參與的還有馮曉慧; 第五章由柴華岳負責(zé),前期參與的還有郭曉峰、宋宜美; 第六章由李菊娥負責(zé),前期參與的還有董小娟; 第七章由楊有龍負責(zé),前期參與的還有張麗、田闐、柴華岳、陳慧嬋、李菊娥、吳艷.
本書在編寫過程中得到了西安電子科技大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和廣大高等數(shù)學(xué)教師的熱情支持,他們對本書的編寫提出了許多寶貴的建議和修改意見,長期致力于高等數(shù)學(xué)教學(xué)和研究的老教師們給予了鼓勵和支持,編者在此致以深深的謝意.
本書獲西安電子科技大學(xué)本科教材立項資助,并得到西安電子科技大學(xué)出版社領(lǐng)導(dǎo)及編輯的大力支持, 編者在此一并表示感謝.
由于編者水平有限,書中難免存在不妥之處,懇請讀者批評指正,以便再版時及時更正.
編 者
2021年9月
第一章 函數(shù)、極限與連續(xù) 1
第一節(jié) 函數(shù) 1
一、函數(shù)的概念 1
二、函數(shù)的幾種特性 3
三、反函數(shù)與復(fù)合函數(shù) 5
四、函數(shù)的運算 6
五、初等函數(shù) 7
習(xí)題1-1 7
第二節(jié) 數(shù)列的極限 8
一、數(shù)列極限的定義 9
二、數(shù)列極限的幾何意義 12
三、收斂數(shù)列的性質(zhì) 13
習(xí)題1-2 15
第三節(jié) 數(shù)列極限的四則運算法則與極限
存在準則 16
一、 數(shù)列極限的四則運算法則 16
二、數(shù)列極限的存在準則 19
習(xí)題1-3 25
第四節(jié) 函數(shù)的極限 26
一、自變量趨于無窮大時函數(shù)的極限 26
二、自變量趨于有限值時函數(shù)的極限 27
三、單側(cè)極限 30
四、函數(shù)極限的性質(zhì) 30
五、函數(shù)極限與數(shù)列極限的關(guān)系 31
習(xí)題1-4 32
第五節(jié) 函數(shù)極限的運算法則和兩個重要極限
33
一、函數(shù)極限的四則運算法則 33
二、復(fù)合函數(shù)的極限運算法則 35
三、函數(shù)極限存在準則 36
四、兩個重要極限 37
習(xí)題1-5 39
第六節(jié) 無窮小與無窮大 40
一、無窮小 40
二、無窮大 42
三、無窮小的比較 45
習(xí)題1-6 48
第七節(jié) 函數(shù)的連續(xù)性與間斷點 49
一、函數(shù)連續(xù)性的定義 49
二、函數(shù)的間斷點及其分類 51
習(xí)題1-7 55
第八節(jié) 連續(xù)函數(shù)的運算與初等函數(shù)的連續(xù)性
56
一、連續(xù)函數(shù)的性質(zhì) 56
二、初等函數(shù)的連續(xù)性 58
習(xí)題1-8 61
第九節(jié) 閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì) 62
一、有界性與最大值最小值定理 62
二、零點定理與介值定理 63
三、知識延展——一致連續(xù)性 65
習(xí)題1-9 67
總習(xí)題一 68
第二章 導(dǎo)數(shù)與微分 70
第一節(jié) 導(dǎo)數(shù)概念 70
一、引例 70
二、導(dǎo)數(shù)的定義 71
三、求導(dǎo)舉例 74
四、函數(shù)可導(dǎo)性與連續(xù)性的關(guān)系 77
五、變化率模型 78
六、知識延展——分段函數(shù)在分界點處
可導(dǎo)性的判定 80
習(xí)題2-1 83
第二節(jié) 函數(shù)的求導(dǎo)法則 86
一、四則運算求導(dǎo)法則 86
二、反函數(shù)的求導(dǎo)法則 89
三、復(fù)合函數(shù)的求導(dǎo)法則 91
四、基本導(dǎo)數(shù)公式與求導(dǎo)法則 95
五、知識延展——幾類函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 96
習(xí)題2-2 97
第三節(jié) 高階導(dǎo)數(shù) 99
一、高階導(dǎo)數(shù)的概念 99
二、高階導(dǎo)數(shù)的運算法則 102
三、知識延展——高階導(dǎo)數(shù)的計算方法
104
習(xí)題2-3 106
第四節(jié) 隱函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 107
一、隱函數(shù)的定義及求導(dǎo)方法 107
二、對數(shù)求導(dǎo)法 111
三、隱函數(shù)的常用求導(dǎo)方法小結(jié) 113
習(xí)題2-4 114
第五節(jié) 由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與
相關(guān)變化率 115
一、由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 115
二、相關(guān)變化率 123
習(xí)題2-5 126
第六節(jié) 函數(shù)的微分 127
一、微分的定義 127
二、可微與可導(dǎo)的關(guān)系 128
三、微分的幾何意義 130
四、基本初等函數(shù)的微分公式及微分運算
法則 130
五、微分在近似計算中的應(yīng)用 134
六、知識延展——高階微分 136
習(xí)題2-6 138
總習(xí)題二 140
第三章 微分中值定理及導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用 143
第一節(jié) 微分中值定理及其應(yīng)用 143
一、羅爾定理 143
二、拉格朗日中值定理 146
三、柯西中值定理 148
四、知識延展——廣義羅爾定理 150
五、高階挑戰(zhàn)——達布定理 152
習(xí)題3-1 152
第二節(jié) 泰勒中值定理及其應(yīng)用 155
一、泰勒多項式 155
二、泰勒中值定理 156
三、麥克勞林公式 158
四、近似計算 162
五、知識延展——泰勒公式的應(yīng)用 163
習(xí)題3-2 167
第三節(jié) 洛必達法則 169
一、00型未定式 169
二、∞∞型未定式 173
三、其他類型未定式 175
四、知識延展——廣義洛必達法則 182
習(xí)題3-3 183
第四節(jié) 函數(shù)的單調(diào)性與曲線的凹凸性 185
一、函數(shù)單調(diào)性的判定法 185
二、曲線的凹凸性與拐點 188
三、知識延展——凸函數(shù)的幾種定義 192
習(xí)題3-4 194
第五節(jié) 函數(shù)的極值與最值 195
一、函數(shù)的極值及其求法 196
二、最大值最小值問題 200
三、知識延展——定理3.5.3的推廣 201
習(xí)題3-5 202
第六節(jié) 函數(shù)圖形的描繪 203
一、曲線的漸近線 203
二、函數(shù)圖形的描繪 204
習(xí)題3-6 206
第七節(jié) 曲率 207
一、曲率的概念 207
二、曲率的計算公式 209
三、曲率圓與曲率半徑 212
四、知識延展——弧微分公式 214
習(xí)題3-7 215
總習(xí)題三 216
第四章 不定積分 219
第一節(jié) 不定積分的概念與性質(zhì) 219
一、原函數(shù)與不定積分的概念 219
二、基本積分表 221
三、不定積分的性質(zhì) 222
四、知識延展——不連續(xù)函數(shù)的原函數(shù) 224
習(xí)題4-1 225
第二節(jié) 第一類換元法 225
一、第一類換元法 226
二、知識延展——含有抽象函數(shù)的不定積分
234
習(xí)題4-2 235
第三節(jié) 第二類換元法 236
習(xí)題4-3 243
第四節(jié) 分部積分法 244
一、分部積分法 244
二、知識延展——推廣的分部積分法 248
習(xí)題4-4 250
第五節(jié) 有理函數(shù)及可化為有理函數(shù)的
不定積分 252
一、有理函數(shù)的不定積分 252
二、知識延展——奧斯特洛格拉得斯基方法
258
三、三角函數(shù)有理式的不定積分 259
四、雜例 262
習(xí)題4-5 266
總習(xí)題四 267
第五章 定積分 269
第一節(jié) 定積分的概念與性質(zhì) 269
一、引例 269
二、定積分的定義 270
三、定積分的存在條件 271
四、定積分的幾何意義 272
五、定積分的性質(zhì) 272
六、知識延展——定積分的進一步性質(zhì) 273
習(xí)題51 274
第二節(jié) 定積分的計算 275
一、利用數(shù)列極限計算定積分 275
二、利用定積分的幾何意義計算定積分
276
三、利用牛頓萊布尼茨公式計算定積分
277
四、知識延展——定理5.2.1的更一般的
表述 278
習(xí)題52 279
第三節(jié) 定積分的換元積分法和分部積分法
279
一、定積分的換元積分法 279
二、定積分的分部積分法 281
三、知識延展——定積分的換元積分法和
分部積分法的使用注意事項 282
習(xí)題53 283
第四節(jié) 積分上限的函數(shù) 284
一、積分上限的函數(shù) 284
二、積分上限函數(shù)的連續(xù)性 285
三、積分上限函數(shù)的可導(dǎo)性 286
四、知識延展——積分上限函數(shù)的相關(guān)結(jié)論
288
習(xí)題54 289
第五節(jié) 反常積分 290
一、問題提出 290
二、無窮限的反常積分 292
三、無界函數(shù)的反常積分 294
四、知識延展——反常積分的審斂法與
Γ函數(shù) 297
習(xí)題55 302
第六節(jié) 定積分相關(guān)綜合問題 303
一、常用結(jié)論 303
二、含參數(shù)的積分的極限問題 310
三、積分不等式的證明 312
習(xí)題56 315
總習(xí)題五 316
第六章 定積分的應(yīng)用 318
第一節(jié) 定積分的元素法 318
第二節(jié) 定積分在幾何學(xué)上的應(yīng)用 320
一、平面圖形的面積 320
二、立體的體積 325
三、平面曲線的弧長 331
四、知識延展——旋轉(zhuǎn)曲面的面積 333
習(xí)題6-2 335
第三節(jié) 定積分在物理學(xué)上的應(yīng)用 336
一、變力沿直線所做的功 337
二、水壓力 339
三、引力 342
習(xí)題6-3 343
總習(xí)題六 345
第七章 微分方程 347
第一節(jié) 微分方程的基本概念 347
一、微分方程的基本概念 347
二、知識延展——微分方程建模 351
習(xí)題7-1 353
第二節(jié) 可分離變量的微分方程 354
一、可分離變量的微分方程的定義 354
二、可分離變量的微分方程的解法 354
三、知識延展——變量代換法求解微分方程
357
習(xí)題7-2 358
第三節(jié) 齊次方程 359
一、齊次方程的定義 359
二、齊次方程的解法 360
三、知識延展——可化為齊次的方程 362
習(xí)題7-3 363
第四節(jié) 一階線性微分方程 364
一、線性方程 364
二、伯努利方程 367
三、知識延展——兩種類型一階隱式方程
的解法 369
習(xí)題7-4 371
第五節(jié) 可降階的高階微分方程 372
一、y(n)=f(x)型的微分方程 372
二、y″=f(x, y′)型的微分方程 373
三、y″=f(y, y′)型的微分方程 374
習(xí)題7-5 375
第六節(jié) 高階線性微分方程 376
一、高階線性微分方程的基本概念 376
二、齊次線性微分方程的解的結(jié)構(gòu) 377
三、非齊次線性微分方程的解的結(jié)構(gòu) 380
習(xí)題7-6 382
第七節(jié) 常系數(shù)齊次線性微分方程 382
一、常系數(shù)齊次線性微分方程的基本概念
382
二、二階常系數(shù)齊次線性微分方程的通解
383
三、n階常系數(shù)齊次線性微分方程的通解
386
習(xí)題7-7 389
第八節(jié) 常系數(shù)非齊次線性微分方程 389
一、f(x)=eλxPm(x)形式 390
二、f(x)=eλx[Pl(x)cosωx+Pn(x)sinωx]
形式 392
三、知識延展——微分方程的復(fù)值解 394
習(xí)題7-8 396
總習(xí)題七 396
參考文獻 398
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