本書根據(jù)高等院校理工類本科專業(yè)高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)大綱及考研大綱編寫而成,并在第四版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂和完善。引入了大量的數(shù)學(xué)實驗,可以通過掃描對應(yīng)二維碼即時實現(xiàn)實驗操作。本書共分上下兩冊,本冊包括空間解析幾何與向量代數(shù)、多元微分學(xué)、多元積分學(xué)、無窮級數(shù)等知識。
大學(xué)數(shù)學(xué)是自然科學(xué)的基本語言,是應(yīng)用模式探索現(xiàn)實世界物質(zhì)運動機(jī)理的主要手段.對于大學(xué)非數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言,大學(xué)數(shù)學(xué)的教育,其意義則遠(yuǎn)不僅僅是學(xué)習(xí)一種專業(yè)的工具而己,中外大量的教育實踐事實充分顯示了:優(yōu)秀的數(shù)學(xué)教育,乃是一種人的理性的思維品格和思辨能力的培育,是聰明智慧的啟迪,是潛在的能動性與創(chuàng)造力的開發(fā),其價值是遠(yuǎn)非一般的專業(yè)技術(shù)教育所能相提并論的。
隨著我國高等教育自1999年開始迅速擴(kuò)大招生規(guī)模,至2009年的短短十年間,我國高等教育實現(xiàn)了從精英教育到大眾化教育的過渡,走完了其他國家需要三五十年甚至更長時間才能走完的道路,教育規(guī)模的迅速擴(kuò)張,給我國的高等教育帶來了一系列的變化、問題與挑戰(zhàn),大學(xué)數(shù)學(xué)的教育問題首當(dāng)其沖受到影響.大學(xué)數(shù)學(xué)教育過去是面向少數(shù)精英的教育,由于學(xué)科的特點,數(shù)學(xué)教育呈現(xiàn)幾十年甚至上百年一貫制,仍處于經(jīng)典狀態(tài),當(dāng)前大學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)效果不盡如人意,概括起來主要表現(xiàn)在以下兩方面:一是教材建設(shè)仍然停留在傳統(tǒng)模式上,未能適應(yīng)新的社會需求.傳統(tǒng)的大學(xué)數(shù)學(xué)教材過分追求邏輯的嚴(yán)密性和理論體系的完整性,重理論而輕實踐,剝離了概念、原理和范例的幾何背景與現(xiàn)實意義,導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容過于抽象,也不利于與后續(xù)課程教學(xué)的銜接,進(jìn)而造成了學(xué)生“學(xué)不會,用不了”的尷尬局面.二是在信息技術(shù)及其終端產(chǎn)品迅猛發(fā)展的今天,在大學(xué)數(shù)學(xué)教育領(lǐng)域,信息技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有在其他領(lǐng)域活躍,其主要原因是:在教材和教學(xué)建設(shè)中沒能把信息技術(shù)及其終端產(chǎn)品與大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的內(nèi)容特點有效地整合起來。
作者主編的“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”,最初脫胎于作者在2000-2004年研發(fā)的“大學(xué)數(shù)學(xué)多媒體教學(xué)系統(tǒng)”.2006年,作者與中國人民大學(xué)出版社達(dá)成合作,出版了該系列教材的第一版,合作期間,該系列教材經(jīng)歷多次改版,并于2011年出版了第四版,具體包括:面向普通本科理工類、經(jīng)管類與純文科類的完整版系列教材;面向普通本科部分專業(yè)和三本院校理工類與經(jīng)管類的簡明版系列教材;面向高職高專院校理工類與經(jīng)管類的高職高專版系列教材.在上述第四版及相關(guān)系列教材中,作者加強(qiáng)了對大學(xué)數(shù)學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中重要概念的引入、重要數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用、典型數(shù)學(xué)模型的建立、著名數(shù)學(xué)家及其貢獻(xiàn)等方面的介紹,豐富了教材內(nèi)涵,初步形成了該系列教材的特色.令人感到欣慰的是,自2006年以來,“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”已先后被國內(nèi)數(shù)百所高等院校廣泛采用,并對大學(xué)數(shù)學(xué)的教育改革起到了積極的推動作用。2017年,距2011年的改版又過去了6年.而在這6年時間里,隨著移動無線通信技術(shù)(如3G、4G等)、寬帶無線接入技術(shù)(如Wi-Fi等)和移動終端設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦等)的飛速發(fā)展,那些以往必須在電腦上安裝運行的計算軟件,如今在普通的智能手機(jī)和平板電腦上通過移動互聯(lián)網(wǎng)接入即可流暢運行,這為各類教育信息化產(chǎn)品的服務(wù)向前延伸奠定了基礎(chǔ)。
作者本次啟動的“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”(第五版)的改版工作,旨在充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)、移動終端設(shè)備與相關(guān)信息技術(shù)軟件為教材用戶提供更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、實驗案例與交互環(huán)境.順利實現(xiàn)這一宗旨,還得益于作者主持的數(shù)苑團(tuán)隊的另一項工作成果:公式圖形可視化在線編輯計算軟件,該軟件于2010年研發(fā)成功時,僅支持在Win系統(tǒng)電腦中通過IE類瀏覽器運行.2014年10月底,萬維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)組織正式發(fā)布并推薦了跨系統(tǒng)與跨瀏覽器的HTML5.0標(biāo)準(zhǔn).為此,數(shù)苑團(tuán)隊通過最近幾年的努力,也實現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)突破,如今,數(shù)苑團(tuán)隊研發(fā)的公式圖形可視化在線編輯計算軟件已支持在各類操作系統(tǒng)的電腦和移動終端(包括智能手機(jī)、平板電腦等)上運行于不同的瀏覽器中,這為我們接下來的教材改版工作奠定了基礎(chǔ)。
作者本次“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”(第五版)的改版具體包括:面向普通本科院校的“理工類·第五版”“經(jīng)管類·第五版”與“純文科類·第四版”;面向普通本科少學(xué)時或三本院校的“理工類·簡明版·第五版”“經(jīng)管類·簡明版·第五版”與“綜合類·簡明版”合訂本;面向高職高專院校的“理工類·高職高專版·第四版”“經(jīng)管類·高職高專版·第四版”與“綜合類·高職高專版·第三版”。
本次改版的指導(dǎo)思想是:為幫助教材用戶更好地理解教材中的重要概念、定理、方法及其應(yīng)用,設(shè)計了大量相應(yīng)的數(shù)學(xué)實驗.實驗內(nèi)容包括:數(shù)值計算實驗、函數(shù)計算實驗、符號計算實驗、2D函數(shù)圖形實驗、3D函數(shù)圖形實驗、矩陣運算實驗、隨機(jī)數(shù)生成實驗、統(tǒng)計分布實驗、線性回歸實驗、數(shù)學(xué)建模實驗等.相比教材正文所舉示例,這些實驗設(shè)計的復(fù)雜程度更高、數(shù)據(jù)規(guī)模更大、實用意義也更大.本系列教材于2017年改版修訂的各個版本均包含了針對相應(yīng)課程內(nèi)容的數(shù)學(xué)實驗,其中的大部分都在教材內(nèi)容頁面上提供了對應(yīng)的二維碼,用戶通過微信掃碼功能掃描指定的二維碼,即可進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)實驗,而完整的數(shù)學(xué)實驗內(nèi)容則呈現(xiàn)在教材配套的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中。
大學(xué)數(shù)學(xué)按課程模塊分為高等數(shù)學(xué)(微積分)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計三大模塊,各課程的改版情況簡介如下:
高等數(shù)學(xué)課程:函數(shù)是高等數(shù)學(xué)的主要研究對象,函數(shù)的表示法包括解析法、圖像法與表格法.以往受計算分析工具的限制,人們對函數(shù)的解析表示、圖像表示與數(shù)表表示之間的關(guān)系往往難以把握,大大影響了學(xué)習(xí)者對函數(shù)概念的理解.為了彌補(bǔ)這方面的缺失,歐美發(fā)達(dá)國家的大學(xué)數(shù)學(xué)教材一般都補(bǔ)充了大量流程分析式的圖像說明,因而其教材的厚度與內(nèi)涵也遠(yuǎn)較國內(nèi)的厚重.有鑒于此,在高等數(shù)學(xué)課程的數(shù)學(xué)實驗中,我們首先就函數(shù)計算與函數(shù)圖形計算方面設(shè)計了一系列的數(shù)學(xué)實驗,包括函數(shù)值計算實驗、不同坐標(biāo)系下2D函數(shù)的圖形計算實驗和3D函數(shù)的圖形計算實驗等,實驗中的函數(shù)模型較教材正文中的示例更復(fù)雜,但借助微信掃碼功能可即時實現(xiàn)重復(fù)實驗與修改實驗.其次,針對定積分、重積分與級數(shù)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計了一系列求
吳贛昌,中華人民共和國國務(wù)院政府特殊津貼專家,數(shù)苑網(wǎng)創(chuàng)始人,廣東財經(jīng)大學(xué)數(shù)學(xué)與計算科學(xué)學(xué)院教授。
第8章 空間解析幾何與向量代數(shù)
8.1 向量及其線性運算
8.2 空間直角坐標(biāo)系向量的坐標(biāo)
8.3 數(shù)量積向量積*混合積
8.4 曲面及其方程
8.5 空間曲線及其方程
8.6 平面及其方程
8.7 空間直線及其方程
8.8 二次曲面
總習(xí)題八
數(shù)學(xué)家簡介〔6〕
第9章 多元函數(shù)微分學(xué)
9.1 多元函數(shù)的基本概念
9.2 偏導(dǎo)數(shù)
9.3 全微分及其應(yīng)用
9.4 復(fù)合函數(shù)微分法
9.5 隱函數(shù)微分法。
9.6 微分法在幾何上的應(yīng)用
9.7 方向?qū)?shù)與梯度
9.8 多元函數(shù)的極值
總習(xí)題九
數(shù)學(xué)家簡介〔7〕
第10章 重積分
10.1 二重積分的概念與性質(zhì)
10.2 二重積分的計算(一)
10.3 二重積分的計算(二)
10.4 三重積分(一)
10.5 三重積分(二)
總習(xí)題十
第11章 曲線積分與曲面積分
11.1 第一類曲線積分
11.2 第二類曲線積分-
11.3 格林公式及其應(yīng)用
11.4 第一類曲面積分
11.5 第二類曲面積分
11.6 高斯公式通量與散度
11.7 斯托克斯公式環(huán)流量與旋度
11.8 點函數(shù)積分的概念
總習(xí)題十一
數(shù)學(xué)家簡介〔8〕
第12章 無窮級數(shù)
12.1 常數(shù)項級數(shù)的概念和性質(zhì)
12.2 正項級數(shù)的判別法
12.3 一般常數(shù)項級數(shù)
12.4 冪級數(shù)
12.5 函數(shù)展開成冪級數(shù)
12.6 冪級數(shù)的應(yīng)用
12.7 函數(shù)項級數(shù)的一致收斂性
12.8 傅里葉級數(shù)
12.9 一般周期函數(shù)的傅里葉級數(shù)
總習(xí)題十二
附錄 常用曲面
習(xí)題答案
第8章 答案
第9章 答案
第10章 答案
第11章 答案
第12章 答案