导图社区 函数与极限
考研高等数学(三),帮助考生梳理了考试的知识点,形成了清晰的知识体系。同时,通过对每个知识点的详细解释和关联,思维导图也促进了考生对知识的理解和记忆。因此,考生在备考过程中可以充分利用这张思维导图,提高备考效率,取得更好的成绩。
编辑于2024-07-29 21:59:01函数与极限 (10.4%)
性质
有界性
f(x)在区间I上有定义,存在正数M,使得对任意的x∈I都有f(x)≤M ,则f(x)在I上有界
有界⇆既有上界,又有下界
有界❌→最值(因为两端取不到值)
最值→有界
常见的有界函数:
奇偶性
偶函数:f(x)=f(-x) 奇函数:f(x)=-f(-x)
奇 x奇=偶,奇X偶=奇,偶X偶=偶
周期性
f(x+t)=f(x)
单调性(基于某个区间)
x1<x2,f(x1)<f(x2)单调递增 x1<x2,f(x1)>f(x2)单调递减
基本初等函数
幂函数:y=xᵃ
指数函数:y=aˣ (a>0)
对数函数:y=㏒ₐx
互为反函数
三角函数:
反三角函数:
数列极限
定义:
设{xn}为数列,如果存在常数a,对于任意给定的正数ε(无论多么小),总存在正整数N,使得当n>N时,不等式|xn-a|<ε,则称数列收敛于a
性质
唯一性:极限唯一
有界性:如果数列收敛,那么数列一定有界 (数列有界时,数列不一定收敛 )
保号性:如果xn的极限为a,且 a>0或a<0,那么存在正整数N,当n>N时,有xn>0或xn<0(极限存在则局部保号,必能找到一个局部能确定大小 )
推论: 如果数列xn从某项起有xn>0且limxn=a,则a≥0
收敛数列与子列的关系: 数列xn收敛于a的充要条件是xn的任一子列都收敛于a
函数的极限
极限存在,分母趋于0,则分子也趋于0
极限是去心领域,函数在某点处的极限与该点函数值无关
函数在一点极限存在的充要条件是左右极限存在且相等
性质
唯一性:极限值唯一
局部保号性
局部有界性
极限的计算
四则运算:(前提AB极限存在) lim[f(x)+g(x)]=A+B lim[f(x)-g(x)]=A-B lim[f(x)*g(x)]=A*B lim[f(x)÷g(x)]=A÷B
极限的加法,整体存在,部分存在,则另一部分一定存在
极限的乘法,非零因子直接带入
考点:分左右算极限
分段函数分段点
(+=+∞;-=0)
(+=π/2;-=-π/2)
无穷小
极限为0
有限个无穷小量的和、差、积是无穷小量
无穷小*有界量=无穷小
有界量:sin∞、cos∞
无穷小的比较:
题型(无穷小比阶)
两个无穷小相比:直接相除求极限
三个以上:分别跟x比
等价无穷小:(因子才可用)
当x→0时 x~sinx~tanx~arcsinx~arctanx~eˣ-1~ln(x+1) 1-conx~1/2x² (1+x)ᵃ-1~ax aˣ-1~xlna x-sinx~1/6x³ arcsinx-x~1/6x³ x-arctanx~1/3x³ tanx-x~1/3x³
当x→1时,lnx~x-1 ₐ√x-1~1/a(x-1)
当x,y→a时,eˣ-eʸ~eʸ(x-y)
无穷大
在某一去心领域内有定义,对任意给定的正数M(无论多么大),|f(x)|>M
不能震荡
f(x)为无穷小,f(x)≠0,则1/f(x)为无穷大
洛必达(sin∞、cos∞慎用)
0/0型
常规步骤:代入、代换、拆分、求导
limf(x)=0,limg(x)=0,f'(x),g'(x)≠0存在, 诺lim f'(x)/g'(x)=a,则lim f(x)/g(x)=lim f'(x)/g'(x)=a
∞/∞型
拿大头;洛必达
limf(x)=∞,limg(x)=∞,f'(x),g'(x)≠0存在, 诺lim f'(x)/g'(x)=a(或∞),则lim f(x)/g(x)=lim f'(x)/g'(x)=a(或∞)
推广: 当x→∞时,lnx xᵃ(a>0) aˣ(a>1) xˣ ------------------------------> 速度越来越快
题型(7种未定式求极限)
看到根式也可以考虑有理化
0*∞
推论:
转换为0/0或∞/∞
换元:令1/x=t
∞-∞
转换为0/0或∞/∞
有分母:通分
无分母:换元,令1/x=t
三板斧: 幂指变形 提出∞ 代换lnx~x-1
幂指变形 提出指数 转换成0*∞去做
极限存在的两个准则
夹逼准则
给定数列{xn}{yn}{zn},n®¥,有yn=xn=zn,且limyn=limzn=a,那么{xn}存在,且limxn=a
从某项起即可;可以推广到函数
题型(放缩)
动分母 放大:1、2、...、n®n、n、...、n 缩小:1、2、...、n®1、1、...、1
单调有界准则
单调不减有上界,单调不增有下届,则数列极限存在
题型(证明数列极限存在)
先证有界,后证单调
归纳法证有界
先斩后奏找界
两个重要极限
连续与间断
函数的连续性(极限值=函数值)
则称函数在x0处连续
左右连续(左极限=右极限Þ函数连续Þ极限存在)
函数的间断点
第一类间断点
可去间断点:左右极限都存在,且相等,但不等于函数值
跳跃间断点:左右极限存在,且不相等
第二类间断点
无穷间断点:左右极限至少有一个是∞
震荡间断点:左右极限不存在,且不为∞
题型(求间断点)
找到可能的间断点
无定义的点
分段函数分段点
求极限,根据概念判断类型
题型(函数里有极限)
先解极限
区分极限中的变量与函数的自变量
闭区间上连续函数的性质
有界定理
如果函数在闭区间上连续,则函数在此区间上有界
最大值和最小值定理
如果函数在闭区间上连续,则函数在该区间一定存在最大值和最小值
零点定理
如果函数在闭区间[a,b]上连续,且f(a)*f(b)<0,则在(a,b)内至少存在一个点d,使得f(d)=0
介值定理
如果函数在闭区间[a,b]上连续,f(a)=A,f(b)=B,则在(a,b)内至少存在一个点d,使得f(d)=C (C位于最大最小值之间)
导数 (3%)
导数定义
存在,则函数在此点处可导
证明题,任意点
计算题,某一点
题型
已知导数求极限
用已知表达未知(凑导数定义:分子为一动一定)
已知极限判断可导
满足两侧趋近
分子满足一动一定
左右导数存在,且相等,则函数在这点处可导
性质
奇偶性相反
f(x)为周期函数,则f'(x)也为周期函数
导数连续:导数极限值=导数值
(反例:f(x)=|x|, 处处连续,在0处不可导
几何意义
切线方程
法线方程
题型(求切线方程)
给了切点横坐标X0,直接用切线方程
没给,先设,再代入条件
导数的计算
题型(分段函数求导)
不在分断点处:直接求
在分断点处:倒数定义
题型(隐函数求导)
方程两边同时对x求导
反函数求导
函数导数的倒数
高阶导数
莱布尼兹公式
(一般幂函数做v)
微分
定义
可微 Û 可导,dy=f'(x)dx
几何意义
导数的应用 (10.3%)
导数的微分学应用
函数的单调性
定理:设函数f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内可导。 (1)如果在(a,b)内f'(x)³0(等号仅在有限多个点处成立)或f'(x)>0,那么函数在[a,b]上严格单调递增。 (2)反之递减。 (3)如果在(a,b)内f'(x)=0,则f(x)在[a,b]上是一个常数。
函数在某点处的倒数的正负,不能判断该点领域的单调性
题型(证明函数等于一个常数)
先证明f'(x)=0
给x赋值
题型(证明函数不等式)
利用单调性证明
1、移项,构造函数
2、求导,判断单调性
3、利用单调性找到最值,证明不等式
函数的极值与最值
极值不一定是最值 最值不一定是极值
极值存在的必要条件
设f(x)在x0处可导,且x=x0为f(x)的一个极值点,则f'(x)=0 (满足f'(x0)=0的点,称x0为f(x)的驻点
极值点不一定是驻点:f(x)=|x| 驻点不一定是极值点:f(x)=x^3 极值点可能是驻点和不可导点
极值存在的充分条件
第一充分条件
设函数f(x)在x0处连续,且在x0的某去心邻域内可导: (i) 若x<x0时f'(x)>0,而x>x0时f'(x)<0,则在处取极大值。 (ii) 若x<x0时f'(x)<0,而x>x0时f'(x)>0,则在处取极小值。 (iii) 若f'(x)在x<x0和x>x0时符号相同,则在x0处没有极值。
题型(利用第一充分条件求极值)
求导
找到所有可能极值点
驻点f'(x)=0的点
不可导点,分母为0的点
判断这些点两侧的正负(用第一充分条件判断)
题型(根据图像判断极值点)
确定好题目给的谁的图像,根据点的特征判断
第二充分条件
设函数f(x)在x0处有二阶导数,且f'(x0)=0,f''(x0)¹0,则: 1、当f''(x0)<0时,f(x0)为极大值,x=x0为极大值点 2、当f''(x0)>0时,f(x0)为极小值,x=x0为极小值点
题型(利用第二充分条件求极值)
求导
找到所有驻点,f'(x)=0的点
求二阶导,判别正负
第三充分条件
,则:n为偶数,x0是极值点(>0,极小;<0极大) n为奇数,x0不是极值点
闭区间上连续函数的最大值和最小值
求出f(x)在(a,b)内的驻点和不可导点
计算f(x)在上述驻点、不可导点、a、b点的取值
比较这些值的大小,得到最大最小值
曲线的凹凸性与拐点
凹凸性定义
设f(x)在区间I上连续,若对任意不同的两个点x1,x2,恒有
凹凸性的判定
设函数f(x)在[a,b]上连续,在(a,b)内有二阶导,那么 1、如果在(a,b)内f''(x)<0,则曲线y=f(x)在[a,b]上是凸 2、如果在(a,b)内f''(x)>0,则曲线y=f(x)在[a,b]上是凹
凹凸性与区间有关
拐点定义
连续曲线上凹与凸的分界点
拐点的必要条件
设函数f(x) 在x0处二阶可导,且(x0,f(x0))为曲线y=f(x)的一个拐点,则f''(x0)=0
二阶导为0的点不一定是拐点; 拐点可是二阶导为0的点,也可能是二阶导不存在的点
拐点的充分条件
第一充分条件
f(x)在x0处连续,且在去心邻域内二阶可导, 1、如果f''(x)在(x0-a,x0)与(x0,x0+a)内的符号不一致,则(x0,f(x0))是曲线的一个拐点 2、如果f''(x)在(x0-a,x0)与(x0,x0+a)内的符号一致,则(x0,f(x0))不是曲线的一个拐点
题型(求拐点)
求二阶导
找到所有可能的拐点(二阶导为0和不存在的点)
判断二阶导两侧正负
第二充分条件
设函数f(x)在x0处有二阶导数,且f''(x0)=0,f'''(x0)¹0,则(x0,f(x0))是曲线的一个拐点
题型(求拐点)
求二阶导
找二阶导为0的点
求三阶导是否为0
渐近线
水平和斜不同时存在
垂直渐近线
找函数无定义的点、端点、分段点
求这些点的极限
水平渐近线
斜渐近线
微分中值定理
闭区间[a,b]连续函数f(x)的性质
有界定理
如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则f(x)必在[a,b]上有界
最大最小值定理
如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则函数在该区间一定存在最大值和最小值
零点定理
如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)*f(b)<0,则在(a,b)内至少存在一个点x,使得f(x)=0
介值定理
如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,且f(a)=A,f(b)=B,则对于A和B之间的任何一个数C,在开区间(a,b)内至少有一点x,使得f(x)=C (a<x<b)
费马定理
设函数f(x)在x0的某领域U(X0,d)内有定义,并且在x0处可导,如果对任意xÎU(X0,d)有f(x)£f(x0)(或f(x)³f(x0)),则f'(x0)=0
罗尔中值定理
函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,且f(a)=f(b),则至少存在一点xÎ(a,b),使得f'(x)=0
题型(一个中值点的等式)
移项,构造函数(使右边等于0,找原函数)
当原函数直接看不出来时,利用微分方程的一阶线性微分方程的解法找原函数
找到两个相等的函数值,由罗尔定理得证
拉格朗日中值定理
如果函f(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)上可导,那么在开区间(a,b)内至少存在一点ξ,使得
题型:识别 f(a)-f(b) 结构
柯西中值定理
如果函数f(x)和g(x)在闭区间[a,b]上连续,在开区间(a,b)内可导,并且g ′(x)¹0,那么存在一个ξÎ(a,b) 内,使得:
泰勒公式
麦克劳林公式
求麦克劳林公式展开
求函数n介导
令x=0
常见公式
利用麦克劳林求f的n阶导
佩亚诺余项
x的n阶导的高阶无穷小
高阶无穷小是个不确定式子
利用麦克劳林求极限
题型(已知极限求参数)
洛必达(通用):保证0/0或¥/¥
泰勒公式(巧):利用
拉格朗日余项
在x0处的余项
x 是x0与x之间的某个值
泰勒公式
导数的经济学应用
不定积分 (7.2%)
基本性质和概念
原函数
F'(x)=f(x),那么F(x)就称为f(x)在区间I上的一个原函数,且原函数不唯一
存在性
如果f(x)在区间I上连续,必定存在可导函数F(x),使对任一x∈I都有F'(x)=f(x),也就是说连续函数一定有原函数(充分非必要)。
不定积分
在区间I上,称函数f(x)的所有原函数为f(x)在区间上的不定积分,记:
与符号无关
性质
基本积分公式
计算
第一类换元积分法(凑微分法)
一般用来解决复合函数的问题
第二类换元积分法
设x=y(t)是单调的可导函数,并且y'(t)¹ 0. 又设f[y(x)]y'(x)具有原函数,则:
题型(根式不定积分)
根号下无x^2:令整个根式为t
有x^2:三角换元
分部积分法
设u(x),v(x)均有连续的导数,则
两类不同函数相乘
u:反对幂三指
表格法
处理多项式乘指数或三角函数的积分
有理函数的积分(多项式比多项式)
n>m,为假分式
n<m,为真分式
定理
三角函数的积分
奇数次方
凑微分
sinxdx=-dcosx
cosxdx=dsinx
偶数次方
二倍角公式降次
凑微分
定积分
概念和性质
定义
定积分的本质是一个数
表面积
题型(n项和数列求极限)
法1:定积分定义
能定选定,其次夹逼
法2:夹逼准则
几何意义
圆面积:
性质
题型(积分比大小)
区间相同,比函数
与函数不等式联系
函数相同,比区间
看被积函数正负
二重积分常考
定积分估值不等式
定积分中值定理
如果函数 f(x)在闭区间[a,b]上连续,那么至少存在一点ξ,在开区间(a,b)内,则:
为f(x)在[a,b]上的平均值
证明题里有积分,无脑选积分中值定理
周期性
如果函数 f(x)是周期为T的连续函数,那么在一个周期内的积分值与周期长度无关,则:
只要是一个周期,无论起点,值都相等
奇偶性(偶倍奇零)
如果函数 f(x)是定义在区间[−a,a]上的偶函数,即满足f(−x)=f(x),那么它的定积分可以表示为:
如果函数 f(x)是定义在区间[−a,a]上的奇函数,即满足f(−x)=−f(x),那么它的定积分总是为零:
微积分基本公式
定义
如果 f(t)在区间[a,b]上可积,那么对于区间上的任意一点x,函数 f(t)在区间[a,x]上的定积分可以定义为一个新的函数F(x)为积分上限函数,则:
x是自变量,t是积分变量,误搞混!
题型(求变现积分函数,即分段函数)
画数轴,分段函数,分段积
可导性
函数f(x)在[a,b]上连续,则变上限积分函数在该区域可导,导函数为:
题型(变限积分求导)
先提出非积分变量
再求导
含有变现积分的极限:洛必达
奇偶性
题型(求被积函数的原函数)
换元法
三换
自变量[a,b]
被积函数f(x)
积分变量dx
分部积分法
公式
重要公式
华里士推广(画图)
奇数次:趋势不变
偶数次:全部为正
一般题目要求证明时,用区间再现
反常积分
无穷限的反常积分
无界函数的反常积分
敛散性的比较判别法
无穷限
无界函数
题型(反常积分)
计算(必收敛)
牛顿莱布尼兹公式+极限计算
判断收敛
定义
比较判别法
应用
平面图形
对线
直角坐标系
极坐标系
旋转体体积
对面
取所围的面上的一部,Dx无限趋于0,这样面积就可以近似于一个长方形来计算,相当于计算长方形围成空心柱的体积。
微分方程
概念
微分方程
方程含有自变量、未知函数、未知函数的导数
若未知函数式一元函数,则是常微分方程
微分方程的阶
未知函数的最高导数导数的阶数
通解
含有任意常数的个数与方程的阶数相同
特解
不含有任意常数或任意常数确定后的解
初始条件
自变量取某定值时,对应的值
线性函数
未知函数和它各阶导都是一次项,而且系数是自变量的函数或常数
一阶微分方程
可分离变量的微分方程
,G(y),F(x)是g(y),f(x)的原函数,则通解为G(y)=F(x)+C
齐次方程
判断标志:每一项次数一样
一阶线性微分方程
题型(一个中值点等式)
移项,构造函数
用罗尔定理
高阶微分方程
常系数齐次线性方程
解题步骤
写出特征方程
解出特征根
求齐次通解
n阶常系数微分方程
二阶常系数非齐次线性微分方程
题型(二阶常系数非齐次线性微分方程设特解)
Q(x)是P(x)的同次多项式
R(x),T(x)的次数取{l,n}的最高次
即使只有单个sin或cos,设解时也要两个都写
线性微分方程解的结构
新奇特 齐通 非齐通 奇特 新非奇特
一阶常系数线性差分方程
多元微分
多元函数极限与连续
考点(计算二元函数极限时,一元函数求极限方法同样适用)
等价无穷小代换
非零因子代入
无穷小乘有界
判断多元函数极限存在
反之不成立
判断二元函数极限是否存在
若分母沿某一路径为0,则极限不存在
若分母不为0
分子次数大于分母
存在
夹逼准则
分子次数小于分母
不存在
用y=kx证明
连续性
函数值=极限值
偏导数
定义
几何意义
二阶偏导
题型(求某点处偏导数)
法一:先求偏导,再求代数
法二:先代另一个变量,再求导,再代数
法三:偏导定义
轮换对称性
条件
f(x,y)=f(y,x),即x,y互换,f(x,y)不变
结论
把x偏导的x,y互换等于y偏导(适用于高阶偏导,多元函数)
复合函数求偏导
隐函数求偏导
二元
F(x,y)=0属于一元函数
三元
对谁求的偏导,就是关于谁的二元函数:
全微分
定义
A是对x的偏导,B是对y的偏导
可微和偏导的关系
可微充分条件
可微的必要条件
可微存在充要条件
多元函数极值与最值
极值(无条件极值)
定义
必要条件
极值和驻点不能互推
充分条件
题型(二元函数的无条件极值)
最值(条件极值)
用拉格朗日乘数法
题型(闭区域最值)
开区间驻点
(条件极值问题)
闭区间最值
二重积分
概念
定义
表体积
几何意义
存在定理
性质
乘除不可拆
题型(积分比大小)
区间相同比函数(定积分爱考)
函数相同比区间(二重积分爱考)
中值定理
计算
累次积分
直角坐标系
D为X型区域
D为Y型区域
极坐标系
无界区域
对称性
奇偶对称
轮换对称
题型(二重积分的计算)
化为合适的累次积分计算
1,画出积分区域D的草图(看对称)
2,选择坐标系
根据积分区域D选择
直角坐标系(多边形)
极坐标(圆部分)
根据f(x,y)选择
直角坐标系
极坐标
3,选择积分次序(直角坐标系)
根据f(x,y)选择(先积容易积的)
根据D选择(积分区域划分越少越好)
4,定限
先定限,后积,限内画线,先交(下限),后交(上限)
题型(做辅助线利用对称性解)
识别:积分区域跨越三个象限
方法:做辅助线,将D分为分别关于x轴,y轴对称的区域
题型(交换积分次序)
识别:题目已经给出了累次积分
画草图
交换积分次序,重新定限
无穷级数
常数项级数
定义
常数项级数
前n项和
级数收敛与发散
题型(利用级数的定义判断敛散性)
识别:等比级数,前后相消的级数
步骤
求
求
基本性质
必要条件
两类重要级数
几何级数
p级数
正向级数判断敛散性
定义
比较判别法
越抽象越好用,跟别人比
比较判别法的极限形式
比值判别法(达朗贝尔判别法)
既有P级数,又有几何级数
跟自己比
r<1,级数收敛
r>1或¥,级数发散
r=1,不确定
根值判别法(柯西判别法)
处理
积分判别法
处理lnn
交错级数判断敛散性
莱布尼茨判别法
充分非必要
绝对收敛与条件收敛
处理正负不确定的
结论
幂级数
定义
收敛域
收敛域(带端点) 收敛区间(不带端点) 收敛半径(收敛区间长度的一半)
比值判别法求收敛域
阿贝尔定理
开区间 左加右减
条件收敛的点一定为收敛区间的端点
题型(求收敛域)
步骤
常用结论
和函数
定义
常用麦克劳林展开式
题型(常数项级数求和)
性质
分子有n,先积后导;n为几次,积几次导几次 分母有n,先导后积;用变限积分,下限为0