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2020-2021:teams:mian:pantw:real_analysis [2020/05/08 11:45] grapelemonade [工科数学分析(2)] |
2020-2021:teams:mian:pantw:real_analysis [2020/05/08 11:55] (当前版本) grapelemonade [散度场] minor fixes for oiint |
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行 55: | 行 55: | ||
==== 分部求和公式 ==== | ==== 分部求和公式 ==== | ||
- | $\{a_n\}, \{b_n\}$ 是实数列,$\forall n\in \mathbb{N}^{\star}, S_k=\sum\limits_{i=1}^{k}a_i, S_0 = 0$,则\\ | + | $\displaystyle\{a_n\}, \{b_n\}$ 是实数列,$\forall n\in \mathbb{N}^{\star}, S_k=\sum\limits_{i=1}^{k}a_i, S_0 = 0$,则\\ |
$\sum\limits_{k=1}^{n}a_kb_k=\sum\limits_{k=1}^{n-1}S_k(b_k-b_{k+1})+S_nb_n$ | $\sum\limits_{k=1}^{n}a_kb_k=\sum\limits_{k=1}^{n-1}S_k(b_k-b_{k+1})+S_nb_n$ | ||
(我觉得这就跟分部积分一模一样嘛) | (我觉得这就跟分部积分一模一样嘛) | ||
- | $\int S\mathrm{d}T = ST - \int T\mathrm{d}S$ | + | $\displaystyle\int S\mathrm{d}T = ST - \int T\mathrm{d}S$ |
把 $a_n$ 看成 $\mathrm{d}S$,$b_n$ 看成 $T$,$\sum ab = \int T\mathrm{d}S=ST-\int S\mathrm{d} T = b\sum a + \sum (\sum a)(b_k - b_{k+1})$ | 把 $a_n$ 看成 $\mathrm{d}S$,$b_n$ 看成 $T$,$\sum ab = \int T\mathrm{d}S=ST-\int S\mathrm{d} T = b\sum a + \sum (\sum a)(b_k - b_{k+1})$ | ||
行 66: | 行 66: | ||
==== 阿贝尔引理 ==== | ==== 阿贝尔引理 ==== | ||
- | $\{b_n\}$ 单调,$\left|\sum a\right|\le M$,则 $|\sum\limits_{k=1}^{n}a_kb_k|\le M(|b_1|+2|b_n|)$. | + | $\displaystyle\{b_n\}$ 单调,$\left|\sum a\right|\le M$,则 $|\sum\limits_{k=1}^{n}a_kb_k|\le M(|b_1|+2|b_n|)$. |
==== 狄利克雷判别法 ==== | ==== 狄利克雷判别法 ==== | ||
- | $\{b_n\}$ 单调递减趋 $0$,$\sum a$ 有界 $\Rightarrow \sum\limits_{k=1}^{\infty} a_kb_k$ 收敛. | + | $\displaystyle\{b_n\}$ 单调递减趋 $0$,$\sum a$ 有界 $\Rightarrow \sum\limits_{k=1}^{\infty} a_kb_k$ 收敛. |
==== 阿贝尔判别法 ==== | ==== 阿贝尔判别法 ==== | ||
- | $\{b_n\}$ 单调有界,$\sum a$ 收敛 $\Rightarrow \sum\limits_{k=1}^{\infty} a_kb_k$ 收敛. | + | $\displaystyle\{b_n\}$ 单调有界,$\sum a$ 收敛 $\Rightarrow \sum\limits_{k=1}^{\infty} a_kb_k$ 收敛. |
===== 11.4 更序问题与级数乘法 ===== | ===== 11.4 更序问题与级数乘法 ===== | ||
行 80: | 行 80: | ||
==== 更序问题 ==== | ==== 更序问题 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\; 11.4.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\; 11.4.1}$ |
若级数绝对收敛,则其正项和与负项和均收敛;\\ | 若级数绝对收敛,则其正项和与负项和均收敛;\\ | ||
若其条件收敛,则两者均发散到无穷大。 | 若其条件收敛,则两者均发散到无穷大。 | ||
- | $\mathbf{Th.\; 11.4.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\; 11.4.2}$ |
若级数绝对收敛,则任意调整其中各项顺序得到的新级数也绝对收敛,且和不变。 | 若级数绝对收敛,则任意调整其中各项顺序得到的新级数也绝对收敛,且和不变。 | ||
- | $\mathbf{Th.\; 11.4.3}\;\;\text{Riemann 更序定理}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\; 11.4.3}\;\;\text{Riemann 更序定理}$ |
若级数条件收敛,则可以通过调整其中的项的顺序使其收敛到任一确定实数。 | 若级数条件收敛,则可以通过调整其中的项的顺序使其收敛到任一确定实数。 | ||
行 95: | 行 95: | ||
==== 级数乘法 ==== | ==== 级数乘法 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.}\;\;\text{Cauchy 乘积}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.}\;\;\text{Cauchy 乘积}$ |
- | $\sum\limits_{n=1}^{\infty}c_n = \sum\limits_{n=1}^{\infty} (x_1y_n+x_2y_{n-1}+\cdots+x_ny_1)$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}c_n = \sum\limits_{n=1}^{\infty} (x_1y_n+x_2y_{n-1}+\cdots+x_ny_1)$ |
称为级数 $\sum x$ 和 $\sum y$ 的 Cauchy 乘积。 | 称为级数 $\sum x$ 和 $\sum y$ 的 Cauchy 乘积。 | ||
- | $\mathbf{Th.\; 11.4.3}\;\;\text{Cauchy 定理}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\; 11.4.3}\;\;\text{Cauchy 定理}$ |
两级数收敛,则其柯西积亦收敛,且收敛于两级数收敛值之积。 | 两级数收敛,则其柯西积亦收敛,且收敛于两级数收敛值之积。 | ||
- | |||
- | |||
- | ---- | ||
====== 12 函数项级数 ====== | ====== 12 函数项级数 ====== | ||
行 114: | 行 111: | ||
==== 逐点收敛 ==== | ==== 逐点收敛 ==== | ||
- | $\forall x_0 \in I$,若 $\{f_n(x_0)\}$ 收敛到 $f(x_0)$,则称 $\{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上逐点收敛. | + | $\displaystyle\forall x_0 \in I$,若 $\{f_n(x_0)\}$ 收敛到 $f(x_0)$,则称 $\{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上逐点收敛. |
==== 一致收敛 ==== | ==== 一致收敛 ==== | ||
- | $\forall\ \varepsilon > 0, \exists N(\varepsilon) > 0$,当 $n>N(\varepsilon)$ 时,$\forall x\in I$,有 $|f_n(x)-f(x)|<\varepsilon$ 成立,则称函数序列 $\{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上一致收敛于 $f(x)$,记为 $f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)$. | + | $\displaystyle\forall\ \varepsilon > 0, \exists N(\varepsilon) > 0$,当 $n>N(\varepsilon)$ 时,$\forall x\in I$,有 $|f_n(x)-f(x)|<\varepsilon$ 成立,则称函数序列 $\{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上一致收敛于 $f(x)$,记为 $f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)$. |
===== 12.2 一致收敛的判别 ===== | ===== 12.2 一致收敛的判别 ===== | ||
行 124: | 行 121: | ||
==== 余项定理 ==== | ==== 余项定理 ==== | ||
- | $\lim\limits_{n\to \infty} \sup\limits_{x\in I} |f_n(x)-f(x)| = 0 \iff f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)\quad (n \in \mathbb{N}^{\star})$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{n\to \infty} \sup\limits_{x\in I} |f_n(x)-f(x)| = 0 \iff f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)\quad (n \in \mathbb{N}^{\star})$ |
==== 柯西收敛定理 ==== | ==== 柯西收敛定理 ==== | ||
- | $\forall x_0 \in I, \forall \varepsilon > 0, \exists N(x_0, \varepsilon) \in \mathbb{N}^{\star}, \forall n > N, \forall p \in \mathbb{N}^{\star}: |f_n(x_0) - f_{n+p}(x_0)| < \varepsilon \iff \{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上逐点收敛. | + | $\displaystyle\forall x_0 \in I, \forall \varepsilon > 0, \exists N(x_0, \varepsilon) \in \mathbb{N}^{\star}, \forall n > N, \forall p \in \mathbb{N}^{\star}: |f_n(x_0) - f_{n+p}(x_0)| < \varepsilon \iff \{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上逐点收敛. |
- | $\forall \varepsilon > 0, \exists N( \varepsilon) \in \mathbb{N}^{\star}, \forall n > N, \forall p \in \mathbb{N}^{\star},\forall x \in I: |f_n(x) - f_{n+p}(x)| < \varepsilon \iff \{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上一致收敛. | + | $\displaystyle\forall \varepsilon > 0, \exists N( \varepsilon) \in \mathbb{N}^{\star}, \forall n > N, \forall p \in \mathbb{N}^{\star},\forall x \in I: |f_n(x) - f_{n+p}(x)| < \varepsilon \iff \{f_n(x)\}$ 在 $I$ 上一致收敛. |
==== 维尔斯特拉斯(Weierstrass)判别法(M 判别法,控制判别法) ==== | ==== 维尔斯特拉斯(Weierstrass)判别法(M 判别法,控制判别法) ==== | ||
行 142: | 行 139: | ||
若在 $I$ 上: | 若在 $I$ 上: | ||
- | $\{b_n(x)\}$ 对固定的 $x$ 单调,一致收敛至 $0$. | + | $\displaystyle\{b_n(x)\}$ 对固定的 $x$ 单调,一致收敛至 $0$. |
- | $\sum\limits_{n=1}^{N}a_n(x)$ 在 $I$ 上一致有界. | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{N}a_n(x)$ 在 $I$ 上一致有界. |
则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)b_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. | 则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)b_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. | ||
行 154: | 行 151: | ||
若在 $I$ 上: | 若在 $I$ 上: | ||
- | $\{b_n(x)\}$ 对固定的 $x$ 单调,在 $I$ 上一致有界. | + | $\displaystyle\{b_n(x)\}$ 对固定的 $x$ 单调,在 $I$ 上一致有界. |
- | $\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. |
则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)b_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. | 则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}a_n(x)b_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛. | ||
行 166: | 行 163: | ||
$f_n(x)$ 在 $I$ 上连续,$f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow}f(x)$,则 $f(x)$ 在 $I$ 上连续. | $f_n(x)$ 在 $I$ 上连续,$f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow}f(x)$,则 $f(x)$ 在 $I$ 上连续. | ||
- | $\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛于 $S(x)$,则 $u_n(x)\in C_{I} \Rightarrow S_n(x)\in C_{I}$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)$ 在 $I$ 上一致收敛于 $S(x)$,则 $u_n(x)\in C_{I} \Rightarrow S_n(x)\in C_{I}$ |
Dini 定理 | Dini 定理 | ||
- | $\{f_n(x)\}\in C[a,b]$,若对任意给定 $x \in [a, b]$,$\lim\limits_{n\to \infty}f_n(x)=0$,$f_n(x)$ 递减,则 $\{f_n(x)\}$ 一致收敛于 $0$。 | + | $\displaystyle\{f_n(x)\}\in C[a,b]$,若对任意给定 $x \in [a, b]$,$\lim\limits_{n\to \infty}f_n(x)=0$,$f_n(x)$ 递减,则 $\{f_n(x)\}$ 一致收敛于 $0$。 |
- | $\{f_n(x)\}\in C[a,b]$,且收敛于 $f(x)$,若对任意给定 $x \in [a, b]$,$f_n(x)$ 单调,则 $\{f_n(x)\}$ 在 $[a, b]$ 上一致收敛于 $f(x)$。 | + | $\displaystyle\{f_n(x)\}\in C[a,b]$,且收敛于 $f(x)$,若对任意给定 $x \in [a, b]$,$f_n(x)$ 单调,则 $\{f_n(x)\}$ 在 $[a, b]$ 上一致收敛于 $f(x)$。 |
- | $\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x), u_n(x)\in C[a,b], u_n(x)\ge 0.$ 若 $S(x) \in C[a,b]$,则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)$ 在 $[a, b]$ 上一致收敛。 | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x), u_n(x)\in C[a,b], u_n(x)\ge 0.$ 若 $S(x) \in C[a,b]$,则 $\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)$ 在 $[a, b]$ 上一致收敛。 |
==== 积分 ==== | ==== 积分 ==== | ||
- | $\{f_n\}\in R[a,b]$,$f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)$,则 $f \in R[a, b]$ 且 $\lim\limits_{n\to \infty}\int_{a}^{b}f_n(x)\mathrm{d}x=\int_{a}^{b}f(x)\mathrm{d}x$ | + | $\displaystyle\{f_n\}\in R[a,b]$,$f_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow} f(x)$,则 $f \in R[a, b]$ 且 $\lim\limits_{n\to \infty}\int_{a}^{b}f_n(x)\mathrm{d}x=\int_{a}^{b}f(x)\mathrm{d}x$ |
(极限和积分交换顺序) | (极限和积分交换顺序) | ||
- | $\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow}S(x), u_n(x)\in R[a,b]$,则 $S(x)\in R[a,b], \int_{a}^{b}(\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x))\mathrm{d}x = \sum\limits_{n=1}^{\infty}\int_{a}^{b}u_n(x)\mathrm{d}x$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x)\stackrel{uni}{\longrightarrow}S(x), u_n(x)\in R[a,b]$,则 $S(x)\in R[a,b], \int_{a}^{b}(\sum\limits_{n=1}^{\infty}u_n(x))\mathrm{d}x = \sum\limits_{n=1}^{\infty}\int_{a}^{b}u_n(x)\mathrm{d}x$ |
==== 求导 ==== | ==== 求导 ==== | ||
行 192: | 行 189: | ||
===== 12.4 幂级数 ===== | ===== 12.4 幂级数 ===== | ||
- | $\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_n(x-x_0)^n$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_n(x-x_0)^n$ |
- | $\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_nx^n$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_nx^n$ |
==== 收敛性 ==== | ==== 收敛性 ==== | ||
行 200: | 行 197: | ||
Abel 定理 | Abel 定理 | ||
- | $\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_nx^n$ | + | $\displaystyle\sum\limits_{n=0}^{\infty}a_nx^n$ |
若在 $x_0 \neq 0$ 处收敛,则对所有 $|x|<|x_0|$ 绝对收敛。 | 若在 $x_0 \neq 0$ 处收敛,则对所有 $|x|<|x_0|$ 绝对收敛。 | ||
行 216: | 行 213: | ||
==== 代数性质 ==== | ==== 代数性质 ==== | ||
- | $\sum a_nx^n: R_a,\; \sum b_nx^n: R_b,\; R=\min\{R_a, R_b\}.$ 则: | + | $\displaystyle\sum a_nx^n: R_a,\; \sum b_nx^n: R_b,\; R=\min\{R_a, R_b\}.$ 则: |
- | $\sum(a_n\pm b_n)x^n = \sum a_nx^n\pm \sum b_nx^n$ 在 $(-R, R)$ 上成立。 | + | $\displaystyle\sum(a_n\pm b_n)x^n = \sum a_nx^n\pm \sum b_nx^n$ 在 $(-R, R)$ 上成立。 |
- | $\sum a_nx^n, \sum b_nx^n$ 的柯西积在 $(-R, R)$ 上绝对收敛。 | + | $\displaystyle\sum a_nx^n, \sum b_nx^n$ 的柯西积在 $(-R, R)$ 上绝对收敛。 |
==== 内闭一致收敛性 ==== | ==== 内闭一致收敛性 ==== | ||
- | $\forall [L, K] \subset (-R, R)$,$\sum a_nx^n$ 在 $[L, K]$ 上一致收敛。 | + | $\displaystyle\forall [L, K] \subset (-R, R)$,$\sum a_nx^n$ 在 $[L, K]$ 上一致收敛。 |
==== 分析性质 ==== | ==== 分析性质 ==== | ||
行 230: | 行 227: | ||
=== Abel 第二定理 === | === Abel 第二定理 === | ||
- | $\lim\limits_{x\to R^{-}} \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nx^n = \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nR^n$ (收敛时) | + | $\displaystyle\lim\limits_{x\to R^{-}} \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nx^n = \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nR^n$ (收敛时) |
- | $\lim\limits_{x\to (-R)^{+}} \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nx^n = \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_n(-R)^n$ (收敛时) | + | $\displaystyle\lim\limits_{x\to (-R)^{+}} \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_nx^n = \sum\limits_{n=0}^{\infty} a_n(-R)^n$ (收敛时) |
=== 导数性质 === | === 导数性质 === | ||
行 246: | 行 243: | ||
$S(x)\in R(-r,r)$,且可逐项积分,即对 $\forall x \in (-R,R)$ 有 | $S(x)\in R(-r,r)$,且可逐项积分,即对 $\forall x \in (-R,R)$ 有 | ||
- | $\int_{0}^{x}S(t)\mathrm{d}t=\sum\limits_{n=0}^{\infty}\int_{0}^{x}a_nt^n\mathrm{d}t=\sum\limits_{n=0}^{\infty}\frac{a_n}{n+1}x^{n+1}$ | + | $\displaystyle\int_{0}^{x}S(t)\mathrm{d}t=\sum\limits_{n=0}^{\infty}\int_{0}^{x}a_nt^n\mathrm{d}t=\sum\limits_{n=0}^{\infty}\frac{a_n}{n+1}x^{n+1}$ |
端点性质可能改变 | 端点性质可能改变 | ||
行 299: | 行 296: | ||
(积化和差 和差化积) | (积化和差 和差化积) | ||
- | $\int_{-\pi}^{\pi} \sin mx \sin nx \mathrm{d}x = \pi \delta_{mn}=\begin{cases}0, m\neq n\\\pi, m=n\end{cases}$ | + | $\displaystyle\int_{-\pi}^{\pi} \sin mx \sin nx \mathrm{d}x = \pi \delta_{mn}=\begin{cases}0, m\neq n\\\pi, m=n\end{cases}$ |
==== 傅里叶级数 ==== | ==== 傅里叶级数 ==== | ||
行 305: | 行 302: | ||
=== 傅里叶系数 === | === 傅里叶系数 === | ||
- | $\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\mathrm{d}x = \int_{-\pi}^{\pi}\frac{a_0}{2}\mathrm{d}x + \int_{-\pi}^{\pi} [\sum\limits_{k=1}^{\infty}(a_k\cos kx+b_k\sin kx)]\mathrm{d}x=a_0\pi\iff a_0 = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi} f(x)\mathrm{d}x$ | + | $\displaystyle\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\mathrm{d}x = \int_{-\pi}^{\pi}\frac{a_0}{2}\mathrm{d}x + \int_{-\pi}^{\pi} [\sum\limits_{k=1}^{\infty}(a_k\cos kx+b_k\sin kx)]\mathrm{d}x=a_0\pi\iff a_0 = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi} f(x)\mathrm{d}x$ |
- | $\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\mathrm{d}x = \frac{a_0}{2}\int_{-\pi}^{\pi}\cos nx\mathrm{d}x + \sum\limits_{k=1}^{\infty}(a_k\int_{-\pi}^{\pi}\cos kx\cos nx\mathrm{d}x+b_k\int_{-\pi}^{\pi}\sin kx\cos nx\mathrm{d}x)=a_n\int_{-\pi}^{\pi} \cos^2 nx \mathrm{d}x = a_n\pi\iff a_n = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\mathrm{d}x$ | + | $\displaystyle\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\mathrm{d}x = \frac{a_0}{2}\int_{-\pi}^{\pi}\cos nx\mathrm{d}x + \sum\limits_{k=1}^{\infty}(a_k\int_{-\pi}^{\pi}\cos kx\cos nx\mathrm{d}x+b_k\int_{-\pi}^{\pi}\sin kx\cos nx\mathrm{d}x)=a_n\int_{-\pi}^{\pi} \cos^2 nx \mathrm{d}x = a_n\pi\iff a_n = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\mathrm{d}x$ |
同理 $b_n = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\sin nx\mathrm{d}x$ | 同理 $b_n = \frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\sin nx\mathrm{d}x$ | ||
行 329: | 行 326: | ||
=== 定义在 [-\pi, \pi] 上时 === | === 定义在 [-\pi, \pi] 上时 === | ||
- | $\mathbf{Th.}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.}$ |
(1)当周期为 $2\pi$ 的奇函数 $f(x)$ 展开成傅里叶级数时,其系数为 | (1)当周期为 $2\pi$ 的奇函数 $f(x)$ 展开成傅里叶级数时,其系数为 | ||
行 345: | 行 342: | ||
\end{cases}$$ | \end{cases}$$ | ||
- | $\mathbf{Def.}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.}$ |
若 $f(x)$ 为奇函数,其傅里叶级数称为正弦级数。\\ | 若 $f(x)$ 为奇函数,其傅里叶级数称为正弦级数。\\ | ||
行 383: | 行 380: | ||
==== Riemann-Lebesgue 引理 ==== | ==== Riemann-Lebesgue 引理 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.1:}$ **(R-L 引理)** | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.1:}$ **(R-L 引理)** |
若 $f$ 在 $[a, b]$ 上可积或绝对可积,那么: | 若 $f$ 在 $[a, b]$ 上可积或绝对可积,那么: | ||
- | $\lim\limits_{\lambda\to +\infty}\int_{a}^{b}f(x)\cos \lambda x \mathrm{d}x=0$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\lambda\to +\infty}\int_{a}^{b}f(x)\cos \lambda x \mathrm{d}x=0$ |
- | $\lim\limits_{\lambda\to +\infty}\int_{a}^{b}f(x)\sin \lambda x \mathrm{d}x=0$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\lambda\to +\infty}\int_{a}^{b}f(x)\sin \lambda x \mathrm{d}x=0$ |
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.2:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.2:}$ |
若 $f$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可导,$f'$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,如果 $f(-\pi)=f(\pi)$,那么: | 若 $f$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可导,$f'$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,如果 $f(-\pi)=f(\pi)$,那么: | ||
行 397: | 行 394: | ||
$a_n=o(\frac{1}{n}), b_n=o(\frac{1}{n}), n\to \infty$ | $a_n=o(\frac{1}{n}), b_n=o(\frac{1}{n}), n\to \infty$ | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.3:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.3:}$ |
若 $f$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上有 $k+1$ 阶导数,$f^{(n+1)}$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,如果 $f(-\pi)=f(\pi), f'(-\pi)=f'(\pi),\ldots, f^{(k)}(-\pi)=f^{(k)}(\pi)$,那么: | 若 $f$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上有 $k+1$ 阶导数,$f^{(n+1)}$ 在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,如果 $f(-\pi)=f(\pi), f'(-\pi)=f'(\pi),\ldots, f^{(k)}(-\pi)=f^{(k)}(\pi)$,那么: | ||
行 413: | 行 410: | ||
==== Dini 判别法 ==== | ==== Dini 判别法 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.5:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.5:}$ |
若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,对 $s\in \mathbb{R}$,令: | 若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,对 $s\in \mathbb{R}$,令: | ||
- | $\varphi(t)=f(x_0+t)+f(x_0-t)-2s$, | + | $\displaystyle\varphi(t)=f(x_0+t)+f(x_0-t)-2s$, |
若 $\exists\ \delta>0, \mathrm{s.t.} \frac{\varphi(t)}{t}$ 在 $[0, \delta]$ 上可积或绝对可积,那么 $f$ 的 Fourier 级数在 $x_0$ 处收敛于 $s$。 | 若 $\exists\ \delta>0, \mathrm{s.t.} \frac{\varphi(t)}{t}$ 在 $[0, \delta]$ 上可积或绝对可积,那么 $f$ 的 Fourier 级数在 $x_0$ 处收敛于 $s$。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.7:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.7:}$ |
若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,若 $f$ 在 $x_0$ 处存在导数,或者有两个有限的单侧导数,那么其傅里叶级数在 $x_0$ 处收敛于 $f(x_0)$. | 若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,若 $f$ 在 $x_0$ 处存在导数,或者有两个有限的单侧导数,那么其傅里叶级数在 $x_0$ 处收敛于 $f(x_0)$. | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 13.2:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 13.2:}$ |
若 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内有定义,若存在 $\delta > 0, L>0, \alpha > 0$,使得当 $t\in (0, \delta]$ 时有 | 若 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内有定义,若存在 $\delta > 0, L>0, \alpha > 0$,使得当 $t\in (0, \delta]$ 时有 | ||
行 434: | 行 431: | ||
则称 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内满足 $\alpha$ 阶 Lipschitz 条件。 | 则称 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内满足 $\alpha$ 阶 Lipschitz 条件。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 13.6:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 13.6:}$ |
若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,且 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内满足 $\alpha$ 阶 Lipschitz 条件,那么 $f$ 的傅里叶级数在 $x_0$ 处收敛。 | 若 $f$ 以 $2\pi$ 为周期,且在 $[-\pi, \pi]$ 上可积或绝对可积,且 $f$ 在 $U^{o}(x_0)$ 内满足 $\alpha$ 阶 Lipschitz 条件,那么 $f$ 的傅里叶级数在 $x_0$ 处收敛。 | ||
行 455: | 行 452: | ||
在向量空间 $\mathbb{R}^n$ 上定义了内积的空间。 | 在向量空间 $\mathbb{R}^n$ 上定义了内积的空间。 | ||
- | $\langle \boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\rangle=\sum\limits_{i=1}^{n}x_iy_i$ | + | $\displaystyle\langle \boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\rangle=\sum\limits_{i=1}^{n}x_iy_i$ |
- 半正定性 $\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle\ge 0$ | - 半正定性 $\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle\ge 0$ | ||
行 463: | 行 460: | ||
=== Cauchy-Schwartz 不等式 === | === Cauchy-Schwartz 不等式 === | ||
- | $\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle^2\le \langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle\langle \boldsymbol{y}, \boldsymbol{y}\rangle$ | + | $\displaystyle\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle^2\le \langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle\langle \boldsymbol{y}, \boldsymbol{y}\rangle$ |
==== 范数 ==== | ==== 范数 ==== | ||
行 469: | 行 466: | ||
=== 定义 === | === 定义 === | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.1}$ |
- | $\|\boldsymbol{x}\|=\sqrt{\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle}$,称向量 $\boldsymbol{x}$ 的范数。 | + | $\displaystyle\|\boldsymbol{x}\|=\sqrt{\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{x}\rangle}$,称向量 $\boldsymbol{x}$ 的范数。 |
- 正定性 $\|\boldsymbol{x}\|\ge 0$ | - 正定性 $\|\boldsymbol{x}\|\ge 0$ | ||
行 481: | 行 478: | ||
$|\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle|\le \|\boldsymbol{x}\|\|\boldsymbol{y}\|$ | $|\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle|\le \|\boldsymbol{x}\|\|\boldsymbol{y}\|$ | ||
- | $\|\boldsymbol{x}+\boldsymbol{y}\|^2\le(\|\boldsymbol{x}\|+\|\boldsymbol{y}\|)^2$ | + | $\displaystyle\|\boldsymbol{x}+\boldsymbol{y}\|^2\le(\|\boldsymbol{x}\|+\|\boldsymbol{y}\|)^2$ |
=== 夹角 === | === 夹角 === | ||
- | $\cos\theta(\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y})=\frac{\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle}{\|\boldsymbol{x}\|\|\boldsymbol{y}\|}$ | + | $\displaystyle\cos\theta(\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y})=\frac{\langle \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\rangle}{\|\boldsymbol{x}\|\|\boldsymbol{y}\|}$ |
=== 距离 === | === 距离 === | ||
- | $\mathbb{R}^2$ 上定义 $\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}$ 之间距离为 $\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\|$ | + | $\displaystyle\mathbb{R}^2$ 上定义 $\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}$ 之间距离为 $\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\|$ |
=== 开球 === | === 开球 === | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.2}$ |
开球:$B_r(\boldsymbol{a})=\{\boldsymbol{x}\in \mathbb{R}^n|\ \|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{a}\|<r\}$ | 开球:$B_r(\boldsymbol{a})=\{\boldsymbol{x}\in \mathbb{R}^n|\ \|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{a}\|<r\}$ | ||
行 499: | 行 496: | ||
==== 点列收敛 ==== | ==== 点列收敛 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.3}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.3}$ |
- | $\{\boldsymbol{x}_k\}\subset \mathbb{R}^n$ | + | $\displaystyle\{\boldsymbol{x}_k\}\subset \mathbb{R}^n$ |
- | $\exists \boldsymbol{a}\in\mathbb{R}^n,\forall \varepsilon>0,\exists K\in \mathbb{N}^{\star},\forall k>K, \mathrm{s.t.} \|\boldsymbol{x}_k-\boldsymbol{a}|<\varepsilon$,则称点列 $\{\boldsymbol{x}_k\}$ 收敛于 $\boldsymbol{a}$,记为 $\lim\limits_{k\to\infty}\boldsymbol{x}_k=\boldsymbol{a}$,称 $\boldsymbol{a}$ 为点列的极限。 | + | $\displaystyle\exists \boldsymbol{a}\in\mathbb{R}^n,\forall \varepsilon>0,\exists K\in \mathbb{N}^{\star},\forall k>K, \mathrm{s.t.} \|\boldsymbol{x}_k-\boldsymbol{a}|<\varepsilon$,则称点列 $\{\boldsymbol{x}_k\}$ 收敛于 $\boldsymbol{a}$,记为 $\lim\limits_{k\to\infty}\boldsymbol{x}_k=\boldsymbol{a}$,称 $\boldsymbol{a}$ 为点列的极限。 |
若对每一分量都有 $\lim\limits_{k\to \infty}x_{i, k}=a_i$,称点列 $\{\boldsymbol{x}_k\}$ 按分量收敛于 $\boldsymbol{a}$。 | 若对每一分量都有 $\lim\limits_{k\to \infty}x_{i, k}=a_i$,称点列 $\{\boldsymbol{x}_k\}$ 按分量收敛于 $\boldsymbol{a}$。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.1.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.1.1}$ |
点列收敛于 $\boldsymbol{a} \iff$ 点列按分量收敛于 $\boldsymbol{a}$. | 点列收敛于 $\boldsymbol{a} \iff$ 点列按分量收敛于 $\boldsymbol{a}$. | ||
行 513: | 行 510: | ||
==== 柯西收敛定理 ==== | ==== 柯西收敛定理 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.4\quad \text{基本列}}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.4\quad \text{基本列}}$ |
基本一样,不记了 | 基本一样,不记了 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.1.2\quad \text{柯西收敛定理}}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.1.2\quad \text{柯西收敛定理}}$ |
点列收敛 $\iff$ 点列是基本列 | 点列收敛 $\iff$ 点列是基本列 | ||
行 523: | 行 520: | ||
==== 开集与闭集 ==== | ==== 开集与闭集 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.5\quad \text{开集}}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.5\quad \text{开集}}$ |
$E\subset\mathbb{R}^n$,若 $\forall \boldsymbol{x}\in E, \exists \varepsilon>0, \mathrm{s.t.}\ B_{\varepsilon}(\boldsymbol{x})\subset E$,则称 $E$ 为开集。 | $E\subset\mathbb{R}^n$,若 $\forall \boldsymbol{x}\in E, \exists \varepsilon>0, \mathrm{s.t.}\ B_{\varepsilon}(\boldsymbol{x})\subset E$,则称 $E$ 为开集。 | ||
行 531: | 行 528: | ||
约定 $\mathbb{R}^n$ 和 $\varnothing$ 既是开集也是闭集。 | 约定 $\mathbb{R}^n$ 和 $\varnothing$ 既是开集也是闭集。 | ||
- | $\mathbf{Prop.\ \ 14.1.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Prop.\ \ 14.1.1}$ |
有限多个开集的交仍是开集,任意多个开集的并仍是开集。 | 有限多个开集的交仍是开集,任意多个开集的并仍是开集。 | ||
行 539: | 行 536: | ||
==== 内点、外点、边界点 ==== | ==== 内点、外点、边界点 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.6}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.6}$ |
设 $E\subset \mathbb{R}^n, \boldsymbol{x}\in\mathbb{R}^n$, | 设 $E\subset \mathbb{R}^n, \boldsymbol{x}\in\mathbb{R}^n$, | ||
行 553: | 行 550: | ||
==== 聚点 ==== | ==== 聚点 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.7\quad \text{聚点}}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.7\quad \text{聚点}}$ |
- | $\boldsymbol{a}$ 为聚点 $\iff E\subset \mathbb{R}^n, \boldsymbol{a}\in \mathbb{R}^n, \forall \varepsilon > 0, \exists \boldsymbol{p}\in ((B_{\varepsilon}(\boldsymbol{a}))\cap E)$ | + | $\displaystyle\boldsymbol{a}$ 为聚点 $\iff E\subset \mathbb{R}^n, \boldsymbol{a}\in \mathbb{R}^n, \forall \varepsilon > 0, \exists \boldsymbol{p}\in ((B_{\varepsilon}(\boldsymbol{a}))\cap E)$ |
- | $\boldsymbol{a}$ 为孤立点 $\iff \lnot (\boldsymbol{a}$ 为聚点$)$ | + | $\displaystyle\boldsymbol{a}$ 为孤立点 $\iff \lnot (\boldsymbol{a}$ 为聚点$)$ |
==== 导集、闭包 ==== | ==== 导集、闭包 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.8}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.8}$ |
聚点全体称为导集,记为 $E'$。 | 聚点全体称为导集,记为 $E'$。 | ||
- | $\bar{E}=E\cup E'$ 称为 $E$ 的闭包。 | + | $\displaystyle\bar{E}=E\cup E'$ 称为 $E$ 的闭包。 |
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.1.3}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.1.3}$ |
集合 $E$ 是闭集 $\iff E' \subset E$ | 集合 $E$ 是闭集 $\iff E' \subset E$ | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.1.4}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.1.4}$ |
集合 $E$ 是闭集 $\iff \forall \{\boldsymbol{a}_n\}\subset E, (\lim\limits_{n\to \infty}\boldsymbol{a}_n)\in E$ (收敛时) | 集合 $E$ 是闭集 $\iff \forall \{\boldsymbol{a}_n\}\subset E, (\lim\limits_{n\to \infty}\boldsymbol{a}_n)\in E$ (收敛时) | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.1.5}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.1.5}$ |
集合 $E$ 的导集与闭包均为闭集。 | 集合 $E$ 的导集与闭包均为闭集。 | ||
行 581: | 行 578: | ||
==== 连续曲线、道路连通 ==== | ==== 连续曲线、道路连通 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.9}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.9}$ |
设 $E$ 是 $\mathbb{R}^n$ 中的点集,若任给 $\boldsymbol{p}, \boldsymbol{q} \in E$,存在 $E$ 中的连续曲线将两者联结,称 $E$ 是道路连通的。 | 设 $E$ 是 $\mathbb{R}^n$ 中的点集,若任给 $\boldsymbol{p}, \boldsymbol{q} \in E$,存在 $E$ 中的连续曲线将两者联结,称 $E$ 是道路连通的。 | ||
行 589: | 行 586: | ||
若所有的 $\varphi_i(t)$ 都连续,那么称 $\varphi$ 是一个连续映射,它的像为一条连续曲线。 | 若所有的 $\varphi_i(t)$ 都连续,那么称 $\varphi$ 是一个连续映射,它的像为一条连续曲线。 | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.1.10}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.1.10}$ |
- | $\mathbb{R}^n$ 中道路连通的开集称为(开)区域,区域的闭包称为闭区域。 | + | $\displaystyle\mathbb{R}^n$ 中道路连通的开集称为(开)区域,区域的闭包称为闭区域。 |
===== 14.2 Euclid 空间的基本定理 ===== | ===== 14.2 Euclid 空间的基本定理 ===== | ||
行 597: | 行 594: | ||
==== 闭集套定理 ==== | ==== 闭集套定理 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.2.1}\text{(闭集套定理)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.2.1}\text{(闭集套定理)}$ |
设 $\{E_k\}$ 是 $\mathbb{R}^n$ 上的非空闭集序列,满足 $E_1\supset E_2\supset \cdots \supset E_k\supset E_{k+1}\cdots$,且 $\lim\limits_{k\to \infty}\mathrm{diam} E_k=0$,则 $\mathop{\cap}\limits_{k=1}^{\infty}E_k$ 中只有唯一的一点。 | 设 $\{E_k\}$ 是 $\mathbb{R}^n$ 上的非空闭集序列,满足 $E_1\supset E_2\supset \cdots \supset E_k\supset E_{k+1}\cdots$,且 $\lim\limits_{k\to \infty}\mathrm{diam} E_k=0$,则 $\mathop{\cap}\limits_{k=1}^{\infty}E_k$ 中只有唯一的一点。 | ||
- | $\mathrm{diam}\ E = \sup\{\|\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\|, \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\in E\}$,称 $E$ 的直径。 | + | $\displaystyle\mathrm{diam}\ E = \sup\{\|\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\|, \boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\in E\}$,称 $E$ 的直径。 |
==== 列紧性定理(Bolzano-Weierstrass) ==== | ==== 列紧性定理(Bolzano-Weierstrass) ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.2.2}\text{(列紧性定理)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.2.2}\text{(列紧性定理)}$ |
- | $\mathbb{R}^n$ 上有界点列 $\{x_k\}$ 必有收敛子列。 | + | $\displaystyle\mathbb{R}^n$ 上有界点列 $\{x_k\}$ 必有收敛子列。 |
==== 紧致集 ==== | ==== 紧致集 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.2.1}\text{(紧致集)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.2.1}\text{(紧致集)}$ |
设 $S$ 为 $\mathbb{R}^n$ 上点集,若 $\mathbb{R}^n$ 中一组开集 $\{U_\alpha\}$ 满足 $\cup_\alpha U_\alpha \supset S$,那么称 $\{U_\alpha\}$ 为 $S$ 的一个开覆盖。 | 设 $S$ 为 $\mathbb{R}^n$ 上点集,若 $\mathbb{R}^n$ 中一组开集 $\{U_\alpha\}$ 满足 $\cup_\alpha U_\alpha \supset S$,那么称 $\{U_\alpha\}$ 为 $S$ 的一个开覆盖。 | ||
行 619: | 行 616: | ||
==== 有限覆盖定理 ==== | ==== 有限覆盖定理 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.2.3}\text{(有限覆盖定理)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.2.3}\text{(有限覆盖定理)}$ |
设 $E$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中子集,则以下几条等价: | 设 $E$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中子集,则以下几条等价: | ||
行 631: | 行 628: | ||
==== 定义 ==== | ==== 定义 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.3.1}\text{(多元函数)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.3.1}\text{(多元函数)}$ |
- | $\mathbb{R}^n$ 的子集到 $R$ 的映射 $f$ 称为 $n$ 元函数,其中该子集是 $f$ 的定义域,$\{f(\boldsymbol{x})\}\subset R$ 是 $f$ 的值域。 | + | $\displaystyle\mathbb{R}^n$ 的子集到 $R$ 的映射 $f$ 称为 $n$ 元函数,其中该子集是 $f$ 的定义域,$\{f(\boldsymbol{x})\}\subset R$ 是 $f$ 的值域。 |
$z=f(\boldsymbol{x})$ 或 $z=f(x_1, \cdots, x_n)$ | $z=f(\boldsymbol{x})$ 或 $z=f(x_1, \cdots, x_n)$ | ||
行 639: | 行 636: | ||
二元函数一般记作 $z=f(x,y)$ | 二元函数一般记作 $z=f(x,y)$ | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.3.2}\text{(重极限)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.3.2}\text{(重极限)}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,$\boldsymbol{a}\in\mathbb{R}^n$ 是 $D$ 的一个聚点,$A$ 是一个实数。 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,$\boldsymbol{a}\in\mathbb{R}^n$ 是 $D$ 的一个聚点,$A$ 是一个实数。 | ||
- | $\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=A\iff \forall \varepsilon>0,\exists \delta>0,\forall \boldsymbol{x}\in B_{\varepsilon}(\boldsymbol{a}),|f(\boldsymbol{x})-A|<\varepsilon$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=A\iff \forall \varepsilon>0,\exists \delta>0,\forall \boldsymbol{x}\in B_{\varepsilon}(\boldsymbol{a}),|f(\boldsymbol{x})-A|<\varepsilon$ |
称 $A$ 为 $f(\boldsymbol{x})$ 在 $\boldsymbol{a}$ 点的重极限。 | 称 $A$ 为 $f(\boldsymbol{x})$ 在 $\boldsymbol{a}$ 点的重极限。 | ||
行 649: | 行 646: | ||
==== 海涅定理(Heine-Borel) ==== | ==== 海涅定理(Heine-Borel) ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.3.1}\text{(海涅定理)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.3.1}\text{(海涅定理)}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,则 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,则 | ||
- | $\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=A\iff \forall \{\boldsymbol{x}_k\}\subset D, \boldsymbol{x}_k\neq \boldsymbol{a}, \boldsymbol{x}_k\to\boldsymbol{a}(k\to\infty)$,都有 $\lim\limits_{k\to \infty}f(\boldsymbol{x}_k)=A$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=A\iff \forall \{\boldsymbol{x}_k\}\subset D, \boldsymbol{x}_k\neq \boldsymbol{a}, \boldsymbol{x}_k\to\boldsymbol{a}(k\to\infty)$,都有 $\lim\limits_{k\to \infty}f(\boldsymbol{x}_k)=A$ |
==== 累次极限 ==== | ==== 累次极限 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.3.3}\text{(累次极限)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.3.3}\text{(累次极限)}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的二元函数,给定点 $(x_0, y_0)$,若对于每个固定的$y\neq y_0$,极限 $\lim\limits_{x\to x_0}f(x,y))$ 存在,若极限 $\lim\limits_{y\to y_0}\lim\limits_{x\to x_0}f(x, y)$ 也存在,则称此极限为函数 $f(x, y)$ 在点 $(x_0, y_0)$ 先对 $x$ 后对 $y$ 的累次极限。 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的二元函数,给定点 $(x_0, y_0)$,若对于每个固定的$y\neq y_0$,极限 $\lim\limits_{x\to x_0}f(x,y))$ 存在,若极限 $\lim\limits_{y\to y_0}\lim\limits_{x\to x_0}f(x, y)$ 也存在,则称此极限为函数 $f(x, y)$ 在点 $(x_0, y_0)$ 先对 $x$ 后对 $y$ 的累次极限。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.3.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.3.2}$ |
二元函数 $f(x, y)$ 在某点的重极限与两个累次极限均存在,则它们相等。 | 二元函数 $f(x, y)$ 在某点的重极限与两个累次极限均存在,则它们相等。 | ||
行 667: | 行 664: | ||
==== 连续 ==== | ==== 连续 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.3.3}\text{(累次极限)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.3.3}\text{(累次极限)}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,给定点 $\boldsymbol{a}\in D$,若$\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to \boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=f(\boldsymbol{a})$,则称函数 $f(\boldsymbol{x})$ 在 $\boldsymbol{a}$ 点连续。 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,给定点 $\boldsymbol{a}\in D$,若$\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to \boldsymbol{a}}f(\boldsymbol{x})=f(\boldsymbol{a})$,则称函数 $f(\boldsymbol{x})$ 在 $\boldsymbol{a}$ 点连续。 | ||
行 677: | 行 674: | ||
在定义域上每一点均连续,则称 $f$ 在定义域上连续,或称 $f$ 是定义域上的连续函数。 | 在定义域上每一点均连续,则称 $f$ 在定义域上连续,或称 $f$ 是定义域上的连续函数。 | ||
- | $\mathbf{Example. \ 14.3.7}\text{}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Example. \ 14.3.7}\text{}$ |
行列式函数 $\det: M_{n\times n}\to \mathbb{R}$ 是连续函数。(将 $M_{n\times n}$ 视为 $\mathbb{R}^{n^2}$) | 行列式函数 $\det: M_{n\times n}\to \mathbb{R}$ 是连续函数。(将 $M_{n\times n}$ 视为 $\mathbb{R}^{n^2}$) | ||
- | $\mathbf{Example. \ 14.3.8}\text{}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Example. \ 14.3.8}\text{}$ |
$n$ 元多项式都是连续函数。 | $n$ 元多项式都是连续函数。 | ||
行 687: | 行 684: | ||
设 $P(\boldsymbol{x}), Q(\boldsymbol{x})$ 为 $n$ 元多项式 | 设 $P(\boldsymbol{x}), Q(\boldsymbol{x})$ 为 $n$ 元多项式 | ||
- | $\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}P(\boldsymbol{x})Q(\boldsymbol{x})=P(\boldsymbol{a})Q(\boldsymbol{a}), \lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}\frac{P(\boldsymbol{x})}{Q(\boldsymbol{x})}=\frac{P(\boldsymbol{a})}{Q(\boldsymbol{a})}, (Q(\boldsymbol{a})\neq 0)$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}P(\boldsymbol{x})Q(\boldsymbol{x})=P(\boldsymbol{a})Q(\boldsymbol{a}), \lim\limits_{\boldsymbol{x}\to\boldsymbol{a}}\frac{P(\boldsymbol{x})}{Q(\boldsymbol{x})}=\frac{P(\boldsymbol{a})}{Q(\boldsymbol{a})}, (Q(\boldsymbol{a})\neq 0)$ |
===== 14.4 多元函数连续的性质 ===== | ===== 14.4 多元函数连续的性质 ===== | ||
行 693: | 行 690: | ||
==== 一致连续 ==== | ==== 一致连续 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.4.1}\text{(一致连续)}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.4.1}\text{(一致连续)}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,如果 $\forall \varepsilon>0,\exists \delta >0,\forall \boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\in D, (\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\|<\delta\Rightarrow |f(\boldsymbol{x})-f(\boldsymbol{y})|<\varepsilon)$,则称函数 $f$ 在 $D$ 上一致连续。 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$z=f(\boldsymbol{x})$ 是定义在 $D$ 上的 $n$ 元函数,如果 $\forall \varepsilon>0,\exists \delta >0,\forall \boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\in D, (\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\|<\delta\Rightarrow |f(\boldsymbol{x})-f(\boldsymbol{y})|<\varepsilon)$,则称函数 $f$ 在 $D$ 上一致连续。 | ||
行 699: | 行 696: | ||
==== 连续映射 ==== | ==== 连续映射 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 14.4.2}\text{}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 14.4.2}\text{}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$,$\boldsymbol{f}: D\to \mathbb{R}^m$ 是 $D$ 到 $\mathbb{R}^m$ 的映射,给定 $\boldsymbol{x}_0\in D$,如果 $\forall \varepsilon>0,\exists \delta >0,\forall \boldsymbol{x}\in D, (\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{x_0}\|<\delta\Rightarrow |\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x})-\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x_0})|<\varepsilon)$,则称映射 $\boldsymbol{f}$ 在点 $\boldsymbol{x}_0$ 连续。 | $D\subset \mathbb{R}^n$,$\boldsymbol{f}: D\to \mathbb{R}^m$ 是 $D$ 到 $\mathbb{R}^m$ 的映射,给定 $\boldsymbol{x}_0\in D$,如果 $\forall \varepsilon>0,\exists \delta >0,\forall \boldsymbol{x}\in D, (\|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{x_0}\|<\delta\Rightarrow |\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x})-\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x_0})|<\varepsilon)$,则称映射 $\boldsymbol{f}$ 在点 $\boldsymbol{x}_0$ 连续。 | ||
行 719: | 行 716: | ||
==== 性质 ==== | ==== 性质 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.1}\text{}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.1}\text{}$ |
- | $\boldsymbol{f}: \mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^m$ 是连续映射 $\iff \forall f_i$,$f_i$ 是连续函数。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{f}: \mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^m$ 是连续映射 $\iff \forall f_i$,$f_i$ 是连续函数。 |
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.2}$ |
- | $\boldsymbol{f}: \mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^m$,以下条件等价。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{f}: \mathbb{R}^n\to\mathbb{R}^m$,以下条件等价。 |
- $\boldsymbol{f}$ 是连续映射 | - $\boldsymbol{f}$ 是连续映射 | ||
行 731: | 行 728: | ||
- 对任意开集 $E\subset \mathbb{R}^m$,$\boldsymbol{f}^{-1}(E)$ 是 $\mathbb{R}^n$ 中开集 | - 对任意开集 $E\subset \mathbb{R}^m$,$\boldsymbol{f}^{-1}(E)$ 是 $\mathbb{R}^n$ 中开集 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.3}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.3}$ |
连续映射将紧致集映射成紧致集。 | 连续映射将紧致集映射成紧致集。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.4}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.4}$ |
$D$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中紧致集,$f$ 是 $D$ 上的连续函数,则下列结论成立 | $D$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中紧致集,$f$ 是 $D$ 上的连续函数,则下列结论成立 | ||
行 743: | 行 740: | ||
- $f$ 在 $D$ 上一致连续。 | - $f$ 在 $D$ 上一致连续。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.6}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.6}$ |
连续映射把道路连通集映射为道路连通集。 | 连续映射把道路连通集映射为道路连通集。 | ||
行 751: | 行 748: | ||
(1)连续函数将道路连通的紧致集映射成区间。 (2)连续函数将闭区域映射成闭区间。 | (1)连续函数将道路连通的紧致集映射成区间。 (2)连续函数将闭区域映射成闭区间。 | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 14.4.7}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 14.4.7}$ |
$D$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中紧致集,$f$ 是 $D$ 上的连续函数,则 $\forall y\in \mathbb{R}, (\exists \boldsymbol{x}_1, \boldsymbol{x}_2\in D, y\in[f(\boldsymbol{x}_1), f(\boldsymbol{x}_2)]\Rightarrow \exists \boldsymbol{x}\in D, \mathrm{s.t.}\ y=f(\boldsymbol{x}))$ | $D$ 为 $\mathbb{R}^n$ 中紧致集,$f$ 是 $D$ 上的连续函数,则 $\forall y\in \mathbb{R}, (\exists \boldsymbol{x}_1, \boldsymbol{x}_2\in D, y\in[f(\boldsymbol{x}_1), f(\boldsymbol{x}_2)]\Rightarrow \exists \boldsymbol{x}\in D, \mathrm{s.t.}\ y=f(\boldsymbol{x}))$ | ||
行 776: | 行 773: | ||
==== 偏导 ==== | ==== 偏导 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 15.1.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 15.1.2}$ |
设开集 $D\in\mathbb{R}^n, f: D\to \mathbb{R}$。对 $D$ 中给定的点 $\boldsymbol{x}_0=(x_1, \cdots, x_n)$,极限 | 设开集 $D\in\mathbb{R}^n, f: D\to \mathbb{R}$。对 $D$ 中给定的点 $\boldsymbol{x}_0=(x_1, \cdots, x_n)$,极限 | ||
- | $\lim\limits_{\Delta x_i\to 0}\frac{f(x_1, \cdots, x_i+\Delta x_i, \cdots, x_n) - f(x_1, \cdots, x_i, \cdots, x_n)}{\Delta x_i}$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\Delta x_i\to 0}\frac{f(x_1, \cdots, x_i+\Delta x_i, \cdots, x_n) - f(x_1, \cdots, x_i, \cdots, x_n)}{\Delta x_i}$ |
存在,则称 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处关于第 $i$ 个分量可偏导,称该极限为函数 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处关于 $x_i$ 的偏导数,记为 $\frac{\partial f}{\partial x_i}(\boldsymbol{x_0})$ 或 $f_{x_i}(\boldsymbol{x}_0)$ | 存在,则称 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处关于第 $i$ 个分量可偏导,称该极限为函数 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处关于 $x_i$ 的偏导数,记为 $\frac{\partial f}{\partial x_i}(\boldsymbol{x_0})$ 或 $f_{x_i}(\boldsymbol{x}_0)$ | ||
- | $\mathrm{d}f(\boldsymbol{x}_0) = \sum\limits_{k=1}^{n}\frac{\partial f}{\partial x_k}(\boldsymbol{x}_0)\mathrm{d}x_k$ | + | $\displaystyle\mathrm{d}f(\boldsymbol{x}_0) = \sum\limits_{k=1}^{n}\frac{\partial f}{\partial x_k}(\boldsymbol{x}_0)\mathrm{d}x_k$ |
处处存在偏导:偏导函数 | 处处存在偏导:偏导函数 | ||
行 796: | 行 793: | ||
==== 方向导数 ==== | ==== 方向导数 ==== | ||
- | $\boldsymbol{u}$ 为给定的方向,$\boldsymbol{x}_0\in D$,极限 $\lim\limits_{t\to 0^{+}}\frac{f(\boldsymbol{x}_0+t\boldsymbol{u})-f(\boldsymbol{x}_0)}{t}$ 称为 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处沿方向 $\boldsymbol{u}$ 的方向导数,记作 $\frac{\partial f}{\partial \boldsymbol{u}}(\boldsymbol{x}_0)$. | + | $\displaystyle\boldsymbol{u}$ 为给定的方向,$\boldsymbol{x}_0\in D$,极限 $\lim\limits_{t\to 0^{+}}\frac{f(\boldsymbol{x}_0+t\boldsymbol{u})-f(\boldsymbol{x}_0)}{t}$ 称为 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处沿方向 $\boldsymbol{u}$ 的方向导数,记作 $\frac{\partial f}{\partial \boldsymbol{u}}(\boldsymbol{x}_0)$. |
==== 二元函数偏导 ==== | ==== 二元函数偏导 ==== | ||
行 814: | 行 811: | ||
==== 二元函数全微分 ==== | ==== 二元函数全微分 ==== | ||
- | $\mathrm{d}z=\frac{\partial f}{\partial x}\mathrm{d}x+\frac{\partial f}{\partial y}\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\mathrm{d}z=\frac{\partial f}{\partial x}\mathrm{d}x+\frac{\partial f}{\partial y}\mathrm{d}y$ |
三元:$\mathrm{d}u=\frac{\partial u}{\partial x}\mathrm{d}x+\frac{\partial u}{\partial y}\mathrm{d}y+\frac{\partial u}{\partial z}\mathrm{d}z$ | 三元:$\mathrm{d}u=\frac{\partial u}{\partial x}\mathrm{d}x+\frac{\partial u}{\partial y}\mathrm{d}y+\frac{\partial u}{\partial z}\mathrm{d}z$ | ||
行 846: | 行 843: | ||
$f$ 在点 $\boldsymbol{x}_0=(x_1, \cdots, x_n)$ 可微 $\Rightarrow$ 则 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处沿任意方向 $\boldsymbol{u}$ 的方向导数均存在,且 | $f$ 在点 $\boldsymbol{x}_0=(x_1, \cdots, x_n)$ 可微 $\Rightarrow$ 则 $f$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处沿任意方向 $\boldsymbol{u}$ 的方向导数均存在,且 | ||
- | $\frac{\partial f}{\partial \boldsymbol{u}}=f_{x_1}(\boldsymbol{x}_0)u_1+\cdots+f_{x_n}(\boldsymbol{x}_0)u_n$ | + | $\displaystyle\frac{\partial f}{\partial \boldsymbol{u}}=f_{x_1}(\boldsymbol{x}_0)u_1+\cdots+f_{x_n}(\boldsymbol{x}_0)u_n$ |
这里 $(u_1, u_2, \cdots, u_n)$ 是指向方向 $\boldsymbol{u}$ 的单位向量。 | 这里 $(u_1, u_2, \cdots, u_n)$ 是指向方向 $\boldsymbol{u}$ 的单位向量。 | ||
行 858: | 行 855: | ||
$u=\phi(t), v=\psi(t)$ 都在 $t$ 可导,函数 $z=f(u, v)$ 在对应点 $(u, v)$ 可微,则复合函数 $z=f[\phi(t), \psi(t)]$ 在对应点 $t$ 可导,其导数可用下列公式计算: | $u=\phi(t), v=\psi(t)$ 都在 $t$ 可导,函数 $z=f(u, v)$ 在对应点 $(u, v)$ 可微,则复合函数 $z=f[\phi(t), \psi(t)]$ 在对应点 $t$ 可导,其导数可用下列公式计算: | ||
- | $\frac{\mathrm{d}z}{\mathrm{d}t}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}t}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$ | + | $\displaystyle\frac{\mathrm{d}z}{\mathrm{d}t}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}t}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$ |
=== 多元函数套多元函数 === | === 多元函数套多元函数 === | ||
行 864: | 行 861: | ||
$u=\phi(x, y), v=\psi(x, y)$ 都在 $(x, y)$ 【可微】,函数 $z=f(u, v)$ 在对应点 $(u, v)$ 【可微】,则复合函数 $z=f[\phi(x, y), \psi(x, y)]$ 在对应点 $(x, y)$ 可微,其导数可用下列公式计算: | $u=\phi(x, y), v=\psi(x, y)$ 都在 $(x, y)$ 【可微】,函数 $z=f(u, v)$ 在对应点 $(u, v)$ 【可微】,则复合函数 $z=f[\phi(x, y), \psi(x, y)]$ 在对应点 $(x, y)$ 可微,其导数可用下列公式计算: | ||
- | $\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial x}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial x}$ |
- | $\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial y}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial z}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial z}{\partial v}\frac{\partial v}{\partial y}$ |
函数 $f(u_1, \ldots, u_m)$ 在对应点 $(u_1, \ldots, u_m)$,$u_k(x_1, \ldots, x_n), k=1, 2,\ldots, m$ 在 $(x_1, \ldots, x_n)$ 可微: | 函数 $f(u_1, \ldots, u_m)$ 在对应点 $(u_1, \ldots, u_m)$,$u_k(x_1, \ldots, x_n), k=1, 2,\ldots, m$ 在 $(x_1, \ldots, x_n)$ 可微: | ||
- | $\frac{\partial f}{\partial x_i}=\sum\limits_{k=1}^{m}\frac{\partial f}{\partial u_k}\frac{\partial u_k}{\partial x_i}, i = 1, \ldots, n.$ | + | $\displaystyle\frac{\partial f}{\partial x_i}=\sum\limits_{k=1}^{m}\frac{\partial f}{\partial u_k}\frac{\partial u_k}{\partial x_i}, i = 1, \ldots, n.$ |
=== 特殊例子 === | === 特殊例子 === | ||
行 880: | 行 877: | ||
令 $v = x, w = y$ | 令 $v = x, w = y$ | ||
- | $\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial w}{\partial y} = 1, \frac{\partial w}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}=0$ | + | $\displaystyle\frac{\partial v}{\partial x}=\frac{\partial w}{\partial y} = 1, \frac{\partial w}{\partial x}=\frac{\partial v}{\partial y}=0$ |
则 | 则 | ||
- | $\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial x}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial x}=\frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial f}{\partial x}$ |
- | $\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial f}{\partial y}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial z}{\partial y}=\frac{\partial f}{\partial u}\frac{\partial u}{\partial y}+\frac{\partial f}{\partial y}$ |
注意区别 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 与 $\frac{\partial f}{\partial x}$. | 注意区别 $\frac{\partial z}{\partial x}$ 与 $\frac{\partial f}{\partial x}$. | ||
行 892: | 行 889: | ||
==== 向量值函数的微分、Jacobian 矩阵 ==== | ==== 向量值函数的微分、Jacobian 矩阵 ==== | ||
- | $\mathbf{Def.\ \ 15.2.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Def.\ \ 15.2.1}$ |
设向量值函数 $\boldsymbol{f}: D\subset \mathbb{R}^n\to \mathbb{R}^m$,点 $\boldsymbol{x}_0 = (x_1, \cdots, x_n)\in D$。 若存在 $m\times n$ 阶矩阵 $A=(a_{ij})_{m\times n}$,使得 | 设向量值函数 $\boldsymbol{f}: D\subset \mathbb{R}^n\to \mathbb{R}^m$,点 $\boldsymbol{x}_0 = (x_1, \cdots, x_n)\in D$。 若存在 $m\times n$ 阶矩阵 $A=(a_{ij})_{m\times n}$,使得 | ||
- | $\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x})-\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x}_0)=A\Delta \boldsymbol{x}+r(\Delta \boldsymbol{x})$ | + | $\displaystyle\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x})-\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x}_0)=A\Delta \boldsymbol{x}+r(\Delta \boldsymbol{x})$ |
- | $\lim\limits_{\|\Delta \boldsymbol{x}\|\to 0}\frac{\|r(\Delta \boldsymbol{x})\|}{\|\Delta\boldsymbol{x}\|}=0$ | + | $\displaystyle\lim\limits_{\|\Delta \boldsymbol{x}\|\to 0}\frac{\|r(\Delta \boldsymbol{x})\|}{\|\Delta\boldsymbol{x}\|}=0$ |
则称 $\boldsymbol{f}$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处可微,并称 $A\Delta \boldsymbol{x}$ 为 $\boldsymbol{f}$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处的微分,记作 $\mathrm{d}\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x}_0)=A\mathrm{d}\boldsymbol{x}$. | 则称 $\boldsymbol{f}$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处可微,并称 $A\Delta \boldsymbol{x}$ 为 $\boldsymbol{f}$ 在 $\boldsymbol{x}_0$ 处的微分,记作 $\mathrm{d}\boldsymbol{f}(\boldsymbol{x}_0)=A\mathrm{d}\boldsymbol{x}$. | ||
行 922: | 行 919: | ||
$z=f(u, v)$ | $z=f(u, v)$ | ||
- | $\mathrm{d}z=\frac{\partial z}{\partial u}\mathrm{d}u+\frac{\partial z}{\partial v}\mathrm{d}v$ | + | $\displaystyle\mathrm{d}z=\frac{\partial z}{\partial u}\mathrm{d}u+\frac{\partial z}{\partial v}\mathrm{d}v$ |
$u, v$ 可为自变量或中间变量。 | $u, v$ 可为自变量或中间变量。 | ||
行 934: | 行 931: | ||
(纯偏导) | (纯偏导) | ||
- | $\frac{\partial}{\partial x}(\frac{\partial z}{\partial x})=\frac{\partial^2 z}{{\partial x}^2}=f_{xx}(x, y)$ | + | $\displaystyle\frac{\partial}{\partial x}(\frac{\partial z}{\partial x})=\frac{\partial^2 z}{{\partial x}^2}=f_{xx}(x, y)$ |
- | $\frac{\partial}{\partial y}(\frac{\partial z}{\partial y})=\frac{\partial^2 z}{{\partial y}^2}=f_{yy}(x, y)$ | + | $\displaystyle\frac{\partial}{\partial y}(\frac{\partial z}{\partial y})=\frac{\partial^2 z}{{\partial y}^2}=f_{yy}(x, y)$ |
(混合偏导) | (混合偏导) | ||
- | $\frac{\partial}{\partial y}(\frac{\partial z}{\partial x})=\frac{\partial^2 z}{{\partial x}\partial y}=f_{xy}(x, y)$ | + | $\displaystyle\frac{\partial}{\partial y}(\frac{\partial z}{\partial x})=\frac{\partial^2 z}{{\partial x}\partial y}=f_{xy}(x, y)$ |
- | $\frac{\partial}{\partial x}(\frac{\partial z}{\partial y})=\frac{\partial^2 z}{\partial y\partial x}=f_{yx}(x, y)$ | + | $\displaystyle\frac{\partial}{\partial x}(\frac{\partial z}{\partial y})=\frac{\partial^2 z}{\partial y\partial x}=f_{yx}(x, y)$ |
==== 混合偏导相等条件 ==== | ==== 混合偏导相等条件 ==== | ||
行 970: | 行 967: | ||
=== 二元函数 === | === 二元函数 === | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 15.3.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 15.3.2}$ |
设函数 $f(x, y)$ 在点 $(x_0, y_0)$ 的邻域 $U$ 上具有 $k+1$ 阶连续偏导数,那么对于 $U$ 内每一点 $(x_0+\Delta x, y_0+\Delta y)$ 都有 | 设函数 $f(x, y)$ 在点 $(x_0, y_0)$ 的邻域 $U$ 上具有 $k+1$ 阶连续偏导数,那么对于 $U$ 内每一点 $(x_0+\Delta x, y_0+\Delta y)$ 都有 | ||
行 986: | 行 983: | ||
=== 多元函数 === | === 多元函数 === | ||
- | $\mathbf{Th.\ \ 15.3.3}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 15.3.3}$ |
设函数 $f(x_1, x_2, \ldots, x_n)$ 在点 $(x_1^0, \ldots, x_n^0)$ 附近具有 $k+1$ 阶连续偏导数,那么该点附近有 | 设函数 $f(x_1, x_2, \ldots, x_n)$ 在点 $(x_1^0, \ldots, x_n^0)$ 附近具有 $k+1$ 阶连续偏导数,那么该点附近有 | ||
行 1008: | 行 1005: | ||
使用多重指标 $\boldsymbol{\alpha}$ 的高阶偏导数 | 使用多重指标 $\boldsymbol{\alpha}$ 的高阶偏导数 | ||
- | $\boldsymbol{D}^{\boldsymbol{\alpha}}f(\boldsymbol{x})=\frac{\partial^{|\boldsymbol{\alpha}|}f}{\partial x_1^{\alpha_1}\partial x_2^{\alpha_2}\cdots\partial x_n^{\alpha_n}}(x)$ | + | $\displaystyle\boldsymbol{D}^{\boldsymbol{\alpha}}f(\boldsymbol{x})=\frac{\partial^{|\boldsymbol{\alpha}|}f}{\partial x_1^{\alpha_1}\partial x_2^{\alpha_2}\cdots\partial x_n^{\alpha_n}}(x)$ |
- | $\mathbf{Th.\ \ 15.3.4}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\ \ 15.3.4}$ |
$D\subset \mathbb{R}^n$ 是凸区域,$f:D\to \mathbb{R}$ 具有 $m+1$ 阶连续偏导数,存在 $\theta \in (0, 1)$ 使得 | $D\subset \mathbb{R}^n$ 是凸区域,$f:D\to \mathbb{R}$ 具有 $m+1$ 阶连续偏导数,存在 $\theta \in (0, 1)$ 使得 | ||
行 1086: | 行 1083: | ||
- $u, v$ 在 $U((x_0, y_0))$ 内有一阶连续偏导,且 | - $u, v$ 在 $U((x_0, y_0))$ 内有一阶连续偏导,且 | ||
- | $\frac{\partial u}{\partial x}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (x, v)}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial u}{\partial x}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (x, v)}$ |
- | $\frac{\partial v}{\partial x}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (u, x)}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial v}{\partial x}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (u, x)}$ |
- | $\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (y, v)}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial u}{\partial y}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (y, v)}$ |
- | $\frac{\partial v}{\partial y}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (u, y)}$ | + | $\displaystyle\frac{\partial v}{\partial y}=-\frac{1}{J}\frac{\partial (F, G)}{\partial (u, y)}$ |
===== 15.5 隐函数定理的几何应用 ===== | ===== 15.5 隐函数定理的几何应用 ===== | ||
行 1136: | 行 1133: | ||
法线: | 法线: | ||
- | $\frac{x-x_0}{F_x(x_0, y_0, z_0)}=\frac{y-y_0}{F_y(x_0, y_0, z_0)}=\frac{z-z_0}{F_z(x_0, y_0, z_0)}$ | + | $\displaystyle\frac{x-x_0}{F_x(x_0, y_0, z_0)}=\frac{y-y_0}{F_y(x_0, y_0, z_0)}=\frac{z-z_0}{F_z(x_0, y_0, z_0)}$ |
===== 15.6 多元函数的极值问题 ===== | ===== 15.6 多元函数的极值问题 ===== | ||
行 1144: | 行 1141: | ||
=== 定义 === | === 定义 === | ||
- | $\forall \boldsymbol{x}\in \mathbb{R}^n$,都有 | + | $\displaystyle\forall \boldsymbol{x}\in \mathbb{R}^n$,都有 |
- | $\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为正定矩阵。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为正定矩阵。 |
- | $\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为半正定矩阵。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为半正定矩阵。 |
- | $\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为负定矩阵。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为负定矩阵。 |
- | $\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为半负定矩阵。 | + | $\displaystyle\boldsymbol{x}'A\boldsymbol{x}>0$,则称 $A$ 为半负定矩阵。 |
否则属于不定矩阵。 | 否则属于不定矩阵。 | ||
行 1277: | 行 1274: | ||
==== 二重积分 ==== | ==== 二重积分 ==== | ||
- | $\iint\limits_D f(x, y)\mathrm{d}\sigma = \lim\limits_{\lambda\to 0}\sum\limits_{i=1}^{n}f(\xi_i, \eta_i)\Delta\sigma_i$ | + | $\displaystyle\iint\limits_D f(x, y)\mathrm{d}\sigma = \lim\limits_{\lambda\to 0}\sum\limits_{i=1}^{n}f(\xi_i, \eta_i)\Delta\sigma_i$ |
直角坐标系下可写为: | 直角坐标系下可写为: | ||
- | $\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}\sigma=\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}\sigma=\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ |
==== 二重积分的存在性 ==== | ==== 二重积分的存在性 ==== | ||
- | $\mathbf{Th.\;\; 16.2.1}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\; 16.2.1}$ |
$f(x, y)$ 在 $D$ 上可积,则 $f(x, y)$ 在 $D$ 上有界。 | $f(x, y)$ 在 $D$ 上可积,则 $f(x, y)$ 在 $D$ 上有界。 | ||
- | $\mathbf{Th.\;\; 16.2.2}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\; 16.2.2}$ |
$f(x, y)$ 在 $D$ 上可积 $\iff \lim\limits_{\|T\|\to 0}S(T)=\lim\limits_{\|T\|\to 0}s(T)$。 | $f(x, y)$ 在 $D$ 上可积 $\iff \lim\limits_{\|T\|\to 0}S(T)=\lim\limits_{\|T\|\to 0}s(T)$。 | ||
- | $\mathbf{Th.\;\; 16.2.3}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\; 16.2.3}$ |
$f(x, y)$ 在 $D$ 上可积 $\iff \forall \varepsilon>0, \exists T, \mathrm{s.t.}\;\;S(t)-s(T)<\varepsilon$。 | $f(x, y)$ 在 $D$ 上可积 $\iff \forall \varepsilon>0, \exists T, \mathrm{s.t.}\;\;S(t)-s(T)<\varepsilon$。 | ||
- | $\mathbf{Th.\;\; 16.2.4}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\; 16.2.4}$ |
有界闭域上的连续函数必可积。 | 有界闭域上的连续函数必可积。 | ||
- | $\mathbf{Th.\;\; 16.2.5}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\; 16.2.5}$ |
$f(x, y)$ 是定义在有界闭域上的有界函数,若其不连续点都落在有限条光滑曲线上,则 $f(x, y)$ 在该有界闭域内可积。 | $f(x, y)$ 是定义在有界闭域上的有界函数,若其不连续点都落在有限条光滑曲线上,则 $f(x, y)$ 在该有界闭域内可积。 | ||
行 1309: | 行 1306: | ||
=== 保数乘 === | === 保数乘 === | ||
- | $\iint\limits_{D}kf(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=k\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}kf(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=k\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ |
=== 保加 === | === 保加 === | ||
- | $\iint\limits_{D}[f(x,y)\pm g(x, y)]\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\pm\iint\limits_{D}g(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}[f(x,y)\pm g(x, y)]\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\pm\iint\limits_{D}g(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ |
=== 区域可加性 === | === 区域可加性 === | ||
- | $\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\iint\limits_{D_1}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y+\iint\limits_{D_2}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y=\iint\limits_{D_1}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y+\iint\limits_{D_2}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ |
$(D=D_1\cup D_2, D_1\cap D_2=\varnothing)$ | $(D=D_1\cup D_2, D_1\cap D_2=\varnothing)$ | ||
行 1329: | 行 1326: | ||
在 $D$ 上 $f(x, y)\le g(x, y)$,则有 | 在 $D$ 上 $f(x, y)\le g(x, y)$,则有 | ||
- | $\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\le \iint\limits_{D}g(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\le \iint\limits_{D}g(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y$ |
特别地,$\left|\iint\limits_{D}{f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}\right|\le \iint\limits_{D}{\left|f(x,y)\right|\mathrm{d}x\mathrm{d}y}$ | 特别地,$\left|\iint\limits_{D}{f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y}\right|\le \iint\limits_{D}{\left|f(x,y)\right|\mathrm{d}x\mathrm{d}y}$ | ||
行 1343: | 行 1340: | ||
在闭区域 $D$ 上 $f(x, y)$ 连续,$\sigma$ 为 $D$ 的面积,则在 $D$ 上至少存在一点 $(\xi, \eta)$ 使得 | 在闭区域 $D$ 上 $f(x, y)$ 连续,$\sigma$ 为 $D$ 的面积,则在 $D$ 上至少存在一点 $(\xi, \eta)$ 使得 | ||
- | $\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y= \sigma f(\xi,\eta)$ | + | $\displaystyle\iint\limits_{D}f(x,y)\mathrm{d}x\mathrm{d}y= \sigma f(\xi,\eta)$ |
===== 16.2 二重积分的计算 ===== | ===== 16.2 二重积分的计算 ===== | ||
行 1395: | 行 1392: | ||
=== 变量变换公式 === | === 变量变换公式 === | ||
- | $\mathbf{Th.\;\;}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Th.\;\;}$ |
$f(x, y)$ 在有界闭域 $D$ 上可积,若变换 $T: x=x(u, v), y=y(u,v)$ 将 $uv$ 平面上按段光滑封闭曲线所围的区域 $\Delta$ 一对一的映成 $xy$ 平面上的闭区域 $D$,函数 $x(u, v), y(u, v)$ 在 $\Delta$ 内分别具有一阶连续偏导数,且 $J(u, v)=\frac{\partial (x, y)}{\partial (u, v)}\neq 0, \forall (u, v)\in \Delta$,则 | $f(x, y)$ 在有界闭域 $D$ 上可积,若变换 $T: x=x(u, v), y=y(u,v)$ 将 $uv$ 平面上按段光滑封闭曲线所围的区域 $\Delta$ 一对一的映成 $xy$ 平面上的闭区域 $D$,函数 $x(u, v), y(u, v)$ 在 $\Delta$ 内分别具有一阶连续偏导数,且 $J(u, v)=\frac{\partial (x, y)}{\partial (u, v)}\neq 0, \forall (u, v)\in \Delta$,则 | ||
行 1445: | 行 1442: | ||
==== 例 ==== | ==== 例 ==== | ||
- | $\mathbf{Prove:}$ $$\int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t = \frac{1}{2}\int_0^x(x-t)^2f(t)\mathrm{d}t$$ | + | $\displaystyle\mathbf{Prove:}$ $$\int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t = \frac{1}{2}\int_0^x(x-t)^2f(t)\mathrm{d}t$$ |
- | $\mathbf{Proof:}$ | + | $\displaystyle\mathbf{Proof:}$ |
$$\because \int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t=\int_0^v\mathrm{d}t\int_t^v f(t) \mathrm{d}u=\int_0^v (v-t) f(t) \mathrm{d}t$$ $$\therefore \int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t = \int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v (v-t) f(t) \mathrm{d}t$$ $$= \int_0^x \mathrm{d}t\int_t^x (v-t) f(t) \mathrm{d}v=\int_0^x \mathrm{d}t\int_t^x (v-t) f(t) \mathrm{d}v$$ $$=\int_0^x \mathrm{d}t\left[\frac{1}{2}(v-t)^2 f(t)\right]_t^x=\frac{1}{2}\int_0^x(x-t)^2 f(t)\mathrm{d}t | $$\because \int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t=\int_0^v\mathrm{d}t\int_t^v f(t) \mathrm{d}u=\int_0^v (v-t) f(t) \mathrm{d}t$$ $$\therefore \int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v\mathrm{d}u\int_0^uf(t)\mathrm{d}t = \int_0^x \mathrm{d}v\int_0^v (v-t) f(t) \mathrm{d}t$$ $$= \int_0^x \mathrm{d}t\int_t^x (v-t) f(t) \mathrm{d}v=\int_0^x \mathrm{d}t\int_t^x (v-t) f(t) \mathrm{d}v$$ $$=\int_0^x \mathrm{d}t\left[\frac{1}{2}(v-t)^2 f(t)\right]_t^x=\frac{1}{2}\int_0^x(x-t)^2 f(t)\mathrm{d}t | ||
行 1529: | 行 1526: | ||
设 $\Delta$ 是 $uv$ 平面上的一个区域,则称 | 设 $\Delta$ 是 $uv$ 平面上的一个区域,则称 | ||
- | $\Sigma: \vec{r}=\vec{r}(u, v), (u, v)\in \Delta$ | + | $\displaystyle\Sigma: \vec{r}=\vec{r}(u, v), (u, v)\in \Delta$ |
为曲面的向量方程,其中 $\vec{r}(u, v)\in \mathbb{R}^3$。 | 为曲面的向量方程,其中 $\vec{r}(u, v)\in \mathbb{R}^3$。 | ||
行 1832: | 行 1829: | ||
$$ | $$ | ||
- | $\sqrt{EG-F^2}$ 称曲面的第一基本量 | + | $\displaystyle\sqrt{EG-F^2}$ 称曲面的第一基本量 |
==== 定义 ==== | ==== 定义 ==== | ||
行 1842: | 行 1839: | ||
==== 计算 ==== | ==== 计算 ==== | ||
- | $\Sigma$ 是正则曲面,参数方程为 $\vec{r}=\vec{v}(u, v), (u,v)\in \varDelta$, | + | $\displaystyle\Sigma$ 是正则曲面,参数方程为 $\vec{r}=\vec{v}(u, v), (u,v)\in \varDelta$, |
函数 $f(x, y, z)$ 在 $\Sigma$ 上连续,则有 | 函数 $f(x, y, z)$ 在 $\Sigma$ 上连续,则有 | ||
行 1881: | 行 1878: | ||
$z=z(x, y), (x, y)\in D$\\ | $z=z(x, y), (x, y)\in D$\\ | ||
- | $\cos\alpha = \frac{\mp z_x}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}},$\\ | + | $\cos\alpha = \frac{\mp z_x\displaystyle}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}},$\\ |
$\cos\beta = \frac{\mp z_y}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}},$\\ | $\cos\beta = \frac{\mp z_y}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}},$\\ | ||
- | $\cos\gamma = \frac{\pm 1}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}}.$ | + | \displaystyle$\cos\gamma = \frac{\pm 1}{\sqrt{1+z_x^2+z_y^2}}.$ |
+ | \displaystyle | ||
$$ | $$ | ||
\iint\limits_{S}P\mathrm{d}y\mathrm{d}z+Q\mathrm{d}z\mathrm{d}x+R\mathrm{d}x\mathrm{d}y | \iint\limits_{S}P\mathrm{d}y\mathrm{d}z+Q\mathrm{d}z\mathrm{d}x+R\mathrm{d}x\mathrm{d}y | ||
行 1892: | 行 1889: | ||
==== 参数方程处理 ==== | ==== 参数方程处理 ==== | ||
- | $\vec{r}=\vec{r}(u, v), (u, v)\in \Delta$ | + | $\displaystyle\vec{r}=\vec{r}(u, v), (u, v)\in \Delta$ |
- | $\vec{F}=(P, Q, R)$,在 $S$ 上连续 | + | $\displaystyle\vec{F}=(P, Q, R)$,在 $S$ 上连续 |
$$ | $$ | ||
行 1908: | 行 1905: | ||
$$ | $$ | ||
- | \iiint\limits_{V}\left(\frac{\partial P}{\partial x}+\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial z}\right)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\oiint\limits_{S}P\mathrm{d}y\mathrm{d}z+Q\mathrm{d}z\mathrm{d}x+R\mathrm{d}x\mathrm{d}y | + | \iiint\limits_{V}\left(\frac{\partial P}{\partial x}+\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial z}\right)\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\iint\limits_{S}\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\;\subset\!\supset P\mathrm{d}y\mathrm{d}z+Q\mathrm{d}z\mathrm{d}x+R\mathrm{d}x\mathrm{d}y |
$$ | $$ | ||
行 1951: | 行 1948: | ||
向量场:\\ | 向量场:\\ | ||
- | $\vec{F}(x, y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ | + | $\vec{F}(x,\displaystyle y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ |
==== 梯度场 ==== | ==== 梯度场 ==== | ||
行 1974: | 行 1971: | ||
==== 散度场 ==== | ==== 散度场 ==== | ||
- | $\vec{F}(x, y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ 为空间区域 $V$ 上的向量值函数,定义数量函数 | + | $\displaystyle\vec{F}(x, y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ 为空间区域 $V$ 上的向量值函数,定义数量函数 |
$$D(x, y, z)=\frac{\partial P}{\partial x}+\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial z}$$ | $$D(x, y, z)=\frac{\partial P}{\partial x}+\frac{\partial Q}{\partial y}+\frac{\partial R}{\partial z}$$ | ||
行 1983: | 行 1980: | ||
$$ | $$ | ||
- | \iiint\limits_{V}\mathrm{div}\;\vec{F}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\oiint\limits_S \vec{F}\cdot\mathrm{d}\vec{S} | + | \iiint\limits_{V}\mathrm{div}\;\vec{F}\mathrm{d}x\mathrm{d}y\mathrm{d}z=\iint\limits_{S}\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\;\subset\!\supset \vec{F}\cdot\mathrm{d}\vec{S} |
$$ | $$ | ||
上式两边取某一点 $M_0$ 处的极限,可知 $\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)$ 是流量对体积 $V$ 的变化率。 | 上式两边取某一点 $M_0$ 处的极限,可知 $\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)$ 是流量对体积 $V$ 的变化率。 | ||
- | $\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)>0$,流出,称为源 | + | $\displaystyle\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)>0$,流出,称为源 |
- | $\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)<0$,流入,称为汇 | + | $\displaystyle\mathrm{div}\;\vec{F}(M_0)<0$,流入,称为汇 |
若 $\forall P\in V, \mathrm{div}\;\vec{F}(P)=0$,称 $\vec{F}$ 是无源场。 | 若 $\forall P\in V, \mathrm{div}\;\vec{F}(P)=0$,称 $\vec{F}$ 是无源场。 | ||
行 2014: | 行 2011: | ||
==== 旋度场 ==== | ==== 旋度场 ==== | ||
- | $\vec{F}(x, y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ 为空间区域 $V$ 上的向量值函数,定义向量函数: | + | $\displaystyle\vec{F}(x, y, z)=(P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z))$ 为空间区域 $V$ 上的向量值函数,定义向量函数: |
$$ | $$ | ||
行 2066: | 行 2063: | ||
=== 路径无关性 === | === 路径无关性 === | ||
- | $\Omega\subset\mathbb{R}^3$ 是单连通区域,$P, Q, R$ 在 $\Omega$ 上连续,且有一阶连续偏导,则下列四个条件等价: | + | $\displaystyle\Omega\subset\mathbb{R}^3$ 是单连通区域,$P, Q, R$ 在 $\Omega$ 上连续,且有一阶连续偏导,则下列四个条件等价: |
- 对任一按段光滑封闭曲线 $L$,$\oint\limits_{L}P\mathrm{d}x+Q\mathrm{d}y+R\mathrm{d}z = 0$ | - 对任一按段光滑封闭曲线 $L$,$\oint\limits_{L}P\mathrm{d}x+Q\mathrm{d}y+R\mathrm{d}z = 0$ |