高等数学速通笔记 1

第一章 函数、极限和连续

函数概念和性质

函数:是数集到数集的映射

基本初等函数:

  • 常数
  • 幂函数 xax^a
  • 指数函数 axa^x
  • 对数函数
  • 三角、反三角函数

常见性质:

  1. 奇偶性

  2. 单调性

  3. 有界性

    有上界、有下界

定义域:

  • 分母不为0
  • 偶次根号内非负
  • 对数真数大于0

数列和函数极限

limnan=A\lim_{n\to \infty}a_n=A 表示 nn 无限增大,ana_n 无限接近 AA

函数极限存在当且仅当左右极限存在且相等

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数列极限:分子分母同时除以 nn 的最高次幂

分段函数极限:在分段点左右分别求左右极限

夹逼定理和两个重要极限

夹逼定理:

  • g(x)<f(x)<h(x)g(x)<f(x)<h(x),且 limg=limh=A\lim g=\lim h =A,则 limf=A\lim f = A

两个重要极限:

  • limx0sinxx=1\lim_{x\to 0}\dfrac{\sin x}x=1
  • limx(1+X)x=e\lim_{x\to \infty}(1+X)^x=e

第一个用于 sin\dfrac{\sin \boxed{}}{\boxed{}},第二个用于 11^{\infty}

等价无穷小替换

x0x\to 0 时:

sinxxtanxxln(1+x)xex1x1cosx12x2\sin x\sim x\\ \tan x\sim x\\ \ln(1+x)\sim x\\ e^x-1\sim x\\ 1-\cos x\sim \frac 1 2 x^2

只有在乘除中可以直接替换

加减中慎用

函数的连续性和间断点

函数在 x0x_0 处连续:limxx0f(x)=f(x0)\lim_{x\to x_0}f(x)=f(x_0)

间断点:

  • 可去:极限存在不等于函数值或无定义
  • 跳跃:左右极限存在但不相等
  • 第二类:极限不存在

方法:先求左右极限,再与函数值比较,判断间断点类型

零点定理

f(x)f(x)[a,b][a,b] 上连续,且 f(a)f(b)<0f(a)f(b)<0,则至少存在一点 x(a,b)x\in(a,b),满足 f(x)=0f(x)=0

用于证明方程根存在性

构造辅助函数,验证端点值异号

洛必达法则

对于 0/00/0/\infty / \infty 型未定式,有:

limf(x)g(x)=limf(x)g(x)\lim\frac{f(x)}{g(x)}=\lim\frac{f'(x)}{g'(x)}

(在右侧极限存在时)

先用代入法判断是否为未定式,再分子分母分别求导,可重复使用

第二章 一元函数微分学

可导与连续的关系

可导一定连续,连续不一定可导

方法:判断分段函数在分段点的可导性,要分别计算左导数和右导数,若相等则可导

区别:

  • 连续性:极限 = 真实取值?
  • 可导性:左导数 = 右导数 ?

四则运算和符合函数可导

u(x)u(x)v(x)v(x) 可导

  • (uv)=uv+uv(uv)'=u'v+uv'
  • (uv)=uvuvv2(\dfrac u v)'=\dfrac{u'v-uv'}{v^2}

y=f(u),u=g(x)y=f(u),u=g(x),则:

dydx=f(g(x))g(x)\dfrac{dy}{dx}=f'(g(x))\cdot g'(x)

隐函数与对数求导法

隐函数求导:对于 F(x,y)=0F(x,y)=0 两边对 xx 求导,来解出 yy'

(比如有一项为 y2y^2 ,视为复合函数,变成 2ydydx2y\dfrac{dy}{dx}

对数求导法:对于 y=f(x)g(x)y=f(x)^{g(x)},先取 lny\ln y 在求导

高阶导数

高阶导数:f(n)(x)=dnydxnf^{(n)}(x)=\frac{d^ny}{dx^n}

莱布尼兹公式:

(uv)(n)=k=0n(nk)u(k)v(nk)(uv)^{(n)}=\sum_{k=0}^n\binom n k u^{(k)}v^{(n-k)}

函数的单调性与极值

f(x)>0f'(x)>0 \Rightarrow 单调递增

极值由一阶导和二阶导共同判断:

  • 极大值条件:f(x0)=0,f(x0)<0f'(x_0)=0,f''(x_0)<0

  • 极小值条件:f(x0)=0,f(x0)>0f'(x_0)=0,f''(x_0)>0

函数凹凸性和拐点

  • f(x)>0f''(x)>0 凹函数
  • f(x)<0f''(x)<0 凸函数

f(x)=0f''(x)=0 拐点(两侧凹凸性改变的点)

最值问题和经济应用

闭区间上最值求法:求驻点(一阶导数为0,包括极值点)和不可导点;比较端点和这些点的函数值

边际成本:MC=C(q)MC=C'(q),表示增加一单位产量所增加的成本

需求价格弹性:

E=PQdQdPE=\frac{P}{Q}\cdot \frac {dQ}{dP}