分类目录归档:MIT18.01单变量微积分

MIT18.01单变量微积分-课程总结

1 基本信息

1.1 课程标题:《MIT18.01单变量微积分》

1.2 授课讲师:David Jerison 教授

1.3 授课日期:2007 FALL

1.4 品读时间:初稿成于2014,电子稿成于2021

1.5 整体耗时:约75h

1.6 摘要

Unit 1 知识点简单概

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35.多变量微积分-期末复习

1 泰勒级数补充

(最后一节课换了个导师,所以教学进度衔接似乎不太好 = =)

幂级数的性质1:存在收敛半径$R$ 幂级数的性质2:当$|x|<R$时,$f(x)$可无限求导(比如说多项式级数)

泰勒展开式:

$$f(x)=\Sigma_{n=0}^{\infty}\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^n$$

2 示例与应用

示例1:几何级数 geometric series $\frac{1}{1+x}=1-x+x^2-x^3...(R=1)$

示例2:$ln(1+x)=\int_0^x\fr

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34.泰勒级数

1 木板问题

将1号木板放置在桌面边缘,在木板不掉落的情况下不断探出;然后再叠加2号木板,追求总探出长度最大的情况,以此类推,判断最终总长度是否是有限的

  • 要保证积木不掉落,就需要保持整体的重心在桌面内
  • 贪婪情况下(追求总长度最长),重心会保持在桌面边缘处
  • 判断最终总长度是否有限,其实是判断$C_N$的极限是否收敛的问题
  • 用$C$表示重心的水平方向值,则$C_N$表示叠加$N$个积木后的整体重心
  • $C_{N+1}=\frac{NC_N+1\times(C_N+1)}{N+1}

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33.无穷级数和收敛判定

1 反常积分2

反常积分的第二种情况就是积分区域内有奇点的情况

示例:讨论$\int_0^1\frac{dx}{x^p}$的收敛性

  • $\int_0^1\frac{dx}{x^p}=\frac{x^{-p+1}}{-p-1}|_0^1=\frac{1}{1-p}(p<1)$
  • 当$p\geq1$时,函数不收敛

总结3 反常积分示例中示例3的结果可得到以下结果:

2 无穷级数 infinite series

芝诺悖论:$1+\frac{1}{2}+\frac

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31.不定型与洛必达法则

1 洛必达法则

洛必达法则(L'Hopital's Rules):当$f(a)=g(a)=0$

$$lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)}=lim_{x\to a}\frac{f(x)/(x-a)}{g(x)/(x-a)}=\frac{f'(x)}{g'(x)}(g'(x)\neq0)$$

2 洛必达法则示例

$$lim_{x\to 0}\frac{sin5x}{sin2x}=lim_{x\to 0}\frac{5cos5x}{2cos2x}=\frac{5}{2}$$

$$lim_{x\to 0}\frac{cosx-

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30.第四次复习

1 极坐标与面积

半径为$a$的圆的面积为$A=\pi a^2$

其中角度为$\Delta \theta$的扇形面积为$\Delta A$,则$\Delta A=\frac{\Delta \theta}{2\pi}\pi a^2=\frac{1}{2}a^2\Delta \theta$

无限细分角度,可得$dA=\frac{1}{2}a^2d\theta$,则$A=\int_{\theta_1}^{\theta_2}\frac{1}{2}a^2d\theta$

对于一些不规则的类圆图形,可引入参数方程,

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29.极坐标和极坐标下的面积

1 参数方程示例

$$x=acost,y=asint$$

  • 一个明显性质是$x^2+y^2=a^2$,极限状态下$(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2$
  • 则$ds=\sqrt{(\frac{dx}{dt})^2+(\frac{dy}{dt})^2}dt=adt$
  • 也就是$a=\frac{ds}{dt}$,$a$描述的是一种恒定速率
  • 此参数方程描述的是一种逆时针匀速圆周运动,其中圆的半径为$a$
  • 当$x=sint,y=cost$时,参数方程描述的是一种顺时针匀速圆周运动

2 极坐标 polar coordi

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28.参数方程、弧长、表面积

1 弧长 arc length

如上图所示,设$\Delta S=S_i-S_{i-1}$

  • 将弧长近似为线段,由此可得$(\Delta S)^2 \approx(\Delta x)^2+(\Delta y)^2$
  • 无限细化$S_i$与$S_{i-1}$之间的距离,可得$(ds)^2 =(dx)^2+(dy)^2$
  • 化简得$ds=\sqrt{1-(\frac{dy}{dx})^2}dx$
  • 从$S_0$到$S_n$的总弧长$=\int_a

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27.分部积分

1 回顾-部分分式通用过程

部分分式:对满足比例函数$\frac{P(x)}{Q(x)}$形式的被积函数,通过代数的方式将其分解为容易进行积分的分式形式

  1. 长除法,确保余式分子最高项小于分母
  2. 分母因式分解,将高次复杂的分母转为低次简单连乘的形式
  3. 对分母建立等式,拆分复杂的分数为多简单分数相加的形式,并在分子中设未知数
  4. 掩盖法求解,个别项通过对比等式两侧系数,建立线性方程组求解
  5. 对各个部分进行积分,并得到被积函数的积分结果,注意小尾巴(常数C)

2 分部积分

分部积分法(integration by parts)是

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