《高等數(shù)學(修訂版)》是作者近年來在建設“高等數(shù)學”(高職高專)國家精品課程的教學實踐中,以培養(yǎng)應用型人才為目的,從打好基礎、培養(yǎng)能力,兼顧后續(xù)課程的需要出發(fā),在我們編寫的“高等數(shù)學”(?疲┙滩牡幕A上,學習并吸收國內外教材的優(yōu)點,為適應我國各類高等職業(yè)技術教育“高等數(shù)學”的教學而編寫。本書可作為高等(?疲┞殬I(yè)學校“高等數(shù)學”的教材,也可作為職工大學、函授、網(wǎng)絡教育及培訓班的教材。
本書第一版在經(jīng)過多年使用之后,發(fā)現(xiàn)了書中存在的一些錯誤,因此有必要對其進行勘誤修訂,使之能更好地服務教學的需要。
本書文字通俗易懂,例題較多,便于學生學習和理解,為了適應各類學時的班級使用,內容包括了高職類“高等數(shù)學”的大部分內容,使用者可根據(jù)學時及專業(yè)需要適當取舍。全書內容共分為10章:第1章,函數(shù)、極限與連續(xù);第2章,導數(shù)與微分;第3章,微分中值定理與導數(shù)的應用;第4章,不定積分;第5章,定積分及其應用;第6章,微分方程;第7章,向量代數(shù)與空間解析幾何;第8章,多元函數(shù)微分法及其應用;第9章,多元函數(shù)積分學;第10章,無窮級數(shù)。在講授本書的內容時,建議教學學時至少為140學時,帶*的內容可根據(jù)需要進行取舍。
本書不追求嚴密論證,但仍注意學生抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力以及分析和解決應用問題能力的培養(yǎng),重點概念均從實例引出,重視其幾何意義和物理意義,從而加深學生對概念的理解。根據(jù)高職高專學生的特點,書中選編了較多的典型例題,并注意從圖例引出結論,略去了部分較難定理的證明,分散難點,以便提高學生的學習興趣。
本書由王金金、李廣民任主編,任春麗、陳慧嬋任副主編。其中第1、2章由王金金教授編寫,第4、9章由李廣民教授編寫,第3、7、8章由任春麗副教授編寫,第5、6、10章由陳慧嬋副教授編寫。最后由王金金教授統(tǒng)稿及整理。
本書由西安電子科技大學理學院教授、全國數(shù)學教學指導委員會委員、陜西省數(shù)學學會副理事長、陜西大學數(shù)學教學委員會副主任劉三陽主審,他對本書的編寫提出了很多寶貴意見,對此我們表示衷心的感謝。
本書在編寫過程中得到西安電子科技大學理學院的領導及從事“高等數(shù)學”教學的廣大教師的熱情支持,并提出了許多的寶貴意見,編者在此致以深深的謝意。本書的出版得到清華大學出版社的領導及編輯的大力支持,編者在此一并表示感謝。
編者雖然對本書的編寫做出了最大努力,但由于水平及經(jīng)驗有限,錯誤與不妥之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
編 者
第1章 函數(shù)、極限與連續(xù) 1
1.1 函數(shù)的概念與簡單性質 1
1.2 數(shù)列的極限 15
1.3 函數(shù)的極限 23
1.4 無窮小量和無窮大量 33
1.5 函數(shù)的連續(xù)性 38
總習題一 45
習題答案 46
第2章 導數(shù)與微分 51
2.1 導數(shù)的概念 51
2.2 導數(shù)的四則運算法則 58
2.3 復合函數(shù)求導法 61
2.4 高階導數(shù) 70
2.5 函數(shù)的微分 74
總習題二 80
習題答案 80
第3章 微分中值定理與導數(shù)的應用 85
3.1 微分中值定理 85
3.2 洛必達法則 90
3.3 函數(shù)的單調性和曲線的凹凸性 94
3.4 函數(shù)的極值與最大值、最小值
問題 98
3.5 函數(shù)圖形的描繪 104
*3.6 弧微分與曲率 106
總習題三 109
習題答案 110
第4章 不定積分 113
4.1 不定積分的概念與性質 113
4.2 第一類換元積分法 118
4.3 第二類換元積分法 124
4.4 分部積分法 127
4.5 有理函數(shù)和可化為有理函數(shù)的
積分 131
總習題四 138
習題答案 139
第5章 定積分及其應用 142
5.1 定積分的概念與性質 142
5.2 微積分基本公式 148
5.3 定積分的換元法和分部積分法 153
5.4 廣義積分 158
5.5 定積分在幾何學上的應用 163
5.6 定積分的物理應用 174
總習題五 178
習題答案 180
第6章 微分方程 184
6.1 微分方程的基本概念 184
6.2 一階微分方程的解法 187
6.3 高階微分方程的解法 197
總習題六 209
習題答案 210
第7章 向量代數(shù)與空間解析幾何 213
7.1 空間直角坐標系與向量的線性
運算 213
7.2 向量的數(shù)量積與向量積 220
7.3 平面及其方程 226
7.4 空間直線及其方程 230
7.5 曲面及其方程 236
7.6 空間曲線及其方程 242
總習題七 246
習題答案 247
第8章 多元函數(shù)微分法及其應用 251
8.1 多元函數(shù)的基本概念與極限 251
8.2 偏導數(shù) 259
8.3 全微分及其應用 264
8.4 復合函數(shù)與隱函數(shù)求導法 268
*8.5 方向導數(shù)與梯度 277
8.6 微分法在幾何上的應用 281
8.7 多元函數(shù)的極值及其求法 285
總習題八 290
習題答案 292
第9章 多元函數(shù)積分學 298
9.1 二重積分的概念與性質 298
9.2 二重積分的計算 304
9.3 二重積分的應用 317
*9.4 三重積分 323
9.5 對弧長的曲線積分 331
9.6 對坐標的曲線積分 339
9.7 格林公式及其應用 346
總習題九 358
習題答案 360
第10章 無窮級數(shù) 365
10.1 常數(shù)項級數(shù)的概念和性質 365
10.2 常數(shù)項級數(shù)的審斂法 369
10.3 冪級數(shù) 378
10.4 函數(shù)展開成冪級數(shù) 384
*10.5 傅里葉級數(shù) 394
總習題十 404
習題答案 406
附錄Ⅰ 幾種常用的曲線 409
附錄Ⅱ 簡明積分表 411
參考文獻 419
第2章 導數(shù)與微分
導數(shù)和微分在自然科學、工程技術、社會科學等各方面有著極為廣泛的應用. 為了準確描述曲線的切線和質點運動的速度這一類有關變化率的問題,就很自然地、不可避免地要求在數(shù)學上引入導數(shù)和微分的概念. 只有在運用了這兩個概念之后,才能將這些問題精確地解答出來. 而這兩個概念實質上是由極限概念得到的.
本章我們將從這兩個具體問題入手,引出導數(shù)和微分的概念,進而討論導數(shù)和微分的各種運算法則以及有關的性質.
2.1 導數(shù)的概念
2.1.1 引例
例1 非勻速直線運動的速度問題.
設質點做非勻速直線運動,其位移 是時間 的函數(shù) ,求時刻 的瞬時速度.
由物理學知,質點做勻速直線運動時,可由 來求質點的運動速度. 而當質點做非勻速直線運動時,就不能簡單地用 來描述質點運動的速度了. 此時,在時刻 取時間 的增量 ,從 到 這一段時間間隔內,質點運動的距離為 ,于是在這個時間間隔內質點運動的平均速度為