內容簡介
《微積分教程(下 第2版)》是編者總結多年的教學經驗和教學研究成果,參考國內外若乾優秀教材,對《微積分教程(下 第2版)》進行認真修訂而成的,《微積分教程(下 第2版)》概念和原理的錶述科學、準確、清晰、平易,語言流暢,例題和習題重視基礎訓練,豐富且有颱階、有跨度。為瞭方便教學與自學,在附錄中給齣瞭習題答案與補充題的提示與解答,並且補充瞭微積分概念和術語的索引。另外,在附錄A中,按照“發現—猜測—驗證—證明”的模式,指導讀者以數學軟件Mathematica為輔助工具,通過理論、數值和圖形各方麵的分析研究尋找問題的解答。這些問題緊密結閤微積分教學和訓練的基本要求,有助於培養學生分析和解決問題的能力。
《微積分教程(下 第2版)》分為上、下兩冊。上冊包括實數和函數的基本概念和性質,極限理論和連續函數,一元函數微積分學,數項級數與函數項級數。下冊包括多元函數微分學及其應用,重積分,麯綫和麯麵積分,嚮量場初步以及常微分方程初步等。《微積分教程(下 第2版)》可作為大學理工科非數學專業微積分(高等數學)課程的教材。
內頁插圖
目錄
第9章 空間解析幾何
9.1 嚮量及其運算
習題9.1
9.2 空間直角坐標係
習題9.2
9.3 空間平麵與直綫
習題9.3
9.4 空間麯麵
習題9.4
9.5 空間麯綫
習題9.5
第10章 多元函數微分學
10.1 多元連續函數
習題10.1
10.2 多元函數的偏導數
習題10.2
10.3 多元函數的微分
習題10.3
10.4 復閤函數微分法
習題10.4
10.5 隱函數微分法
習題10.5
10.6 二元函數的泰勒公式
習題10.6
第10章 補充題
第11章 多元函數微分學的應用
11.1 嚮量值函數的導數和積分
習題11.1
11.2 空間麯麵的切平麵與法嚮量
習題11.2
11.3 多元函數的極值
習題11.3
11.4 條件極值
習題11.4
第11章 補充題
第12章 重積分
12.1 二重積分的概念和性質
習題12.1
12.2 二重積分的計算
習題12.2
12.3 二重積分的變量代換
習題12.3
12.4 三重積分的計算
習題12.4
12.5 第一型麯綫積分
習題12.5
12.6 麯麵麵積和麯麵積分
習題12.6
12.7 含參變量積分
習題12.7
第12章 補充題
第13章 嚮量場的微積分
13.1 嚮量場的微分運算
習題13.1
13.2 嚮量場在有嚮麯綫上的積分
習題13.2
13.3格林公式
習題13.3
13.4 嚮量場的麯麵積分
習題13.4
13.5 高斯公式與斯托剋斯公式
習題13.5
13.6保守場
習題13.6
第13章 補充題
第14章 常微分方程
14.1 微分方程的基本概念
習題14.1
14.2 微分方程的初等解法
習題14.2
14.3 高階綫性微分方程解的結構
習題14.3
14.4 高階綫性常係數微分方程
習題14.4
14.5 綫性常係數微分方程組
習題14.5
14.6 穩定性初步
習題14.6
第14章 補充題
附錄A 探索與發現
附錄B 習題答案
附錄C 補充題提示或答案
索 引
前言/序言
《微積分教程》麵世以來,在教學使用中取得瞭良好的效果,受到許多讀者的好評.但是,近年來國內高校的微積分(高等數學)教學的思想與水平都發生瞭許多變化,本書編者在近幾年結閤教學實踐,從教育數學和數學教學兩個方麵對於微積分的體係和內容進行瞭較為深入的分析,同時也廣泛地閱讀瞭國內外的有關教材.為瞭體現當前微積分課程教學的特點與要求,體現編者有關的教學研究成果,使本教材更加適應微積分課程的教學,同時也為瞭剋服本教材存在的若乾不足,編者對原教材進行瞭較大幅度的修訂。
修訂後的《微積分教程》有以下幾個特點:
1.編者從教育數學的觀點對微積分的內容進行深入研究,所以本書的邏輯結構簡約而清晰,概念和原理的錶述科學、準確、平易.定理證明思路自然、清楚.語言準確、流暢,層次清楚,邏輯性強,錶述清楚,易教易學.因此本書為學生和教師提供瞭一本在教學和學習方麵都有參考價值的教科書和教學參考書。
2.概念、定理與例題配置和諧,例題和習題重視基礎訓練,同時又豐富且有颱階、有跨度.有許多激發學習興趣、提高數學水平的獨具特色的習題。
3.對於微積分課程中的某些難點(例如極限概念、多元函數微分概念和麯麵積分等),本書不追求完全形式化的抽象,而是以較為直觀的、平易的方式適當地改變錶述形式,在不失科學性的前提下降低教學難度。.
4.本書的上、下冊都有一個名為“探索與發現”的附錄.讀者需要以數學軟件Mathematica為輔助工具,通過理論分析和數值、圖形分析纔能找到解決問題的思路和解答方法.這些問題緊密結閤微積分教學和訓練的基本要求,既能培養學生運用數學理論分析問題的能力,又能提高學生運用數學軟件作為輔助工具來分析、發現和解決問題的能力.這些問題的求解過程體現瞭“發現一猜測一驗證一證明”的模式,有助於學生的創造能力和應用能力的培養。
5.為瞭便於教學和自學,本書增加瞭習題答案與各章補充題的提示。
施學瑜、馬連榮、劉智新、劉慶華、章梅榮和譚澤光等教授都曾以不同形式對本書第1版做齣瞭貢獻,藉此機會,編著者嚮他們錶示敬意。
由於編者的水平所限,可能會有一些錯誤和不妥之處,敬請讀者給予批評和指正。
微積分教程(下)第二版:探索現代數學的基石與應用 引言 本書是《微積分教程》(下)第二版的修訂版本,旨在為讀者提供一個全麵而深入的微積分學習體驗。微積分作為現代數學的基石之一,其思想和方法滲透在科學、工程、經濟、金融以及社會科學等眾多領域。它提供瞭描述和分析變化、極限、連續性、無窮等核心概念的強大工具,是理解和解決復雜問題的關鍵。本教程在保留微積分核心內容的基礎上,更加注重其數學思想的傳達,並拓展瞭其在實際問題中的應用,力求讓讀者不僅掌握計算技巧,更能理解其背後的深刻含義。 上捲迴顧與下捲導覽 在進入本捲的詳細內容之前,我們簡要迴顧上捲的核心概念。上捲主要涵蓋瞭函數的極限、連續性、導數及其應用,以及不定積分和定積分。我們學習瞭如何利用導數分析函數的單調性、凹凸性、極值,並應用定積分計算麵積、體積等幾何量。這些知識為理解下捲更為抽象和高階的概念打下瞭堅實的基礎。 本捲,即《微積分教程》(下)第二版,將進一步拓展我們的微積分視野。我們將深入探討多變量函數的微積分,包括偏導數、梯度、方嚮導數,以及重積分(二重積分、三重積分)的計算和應用。此外,我們還將學習嚮量微積分,這門學科結閤瞭微積分和嚮量代數,是描述和分析場(如電場、磁場、流體場)的關鍵工具。內容將涵蓋麯綫積分、麯麵積分,並引入重要的定理,如格林公式、高斯公式和斯托剋斯公式,它們將微積分的基本思想推廣到更高維度。 多變量函數的微積分:拓展到更高維度 多變量函數的齣現,使得我們能夠描述和分析現實世界中更為復雜的情形。一個函數可能依賴於多個自變量,例如,一個物體的溫度可能同時取決於其位置的三個坐標。本捲將係統性地介紹多變量函數的極限、連續性,為後續的微分和積分奠定基礎。 偏導數與梯度:刻畫多維變化 偏導數是描述多變量函數沿某一特定自變量方嚮變化率的概念。通過計算偏導數,我們可以局部地理解函數在不同方嚮上的敏感程度。例如,對於一個地形模型,我們可以通過偏導數瞭解在東西方嚮和南北方嚮上地形坡度的變化。 梯度的概念則進一步將偏導數組閤成一個嚮量,這個嚮量指嚮函數值增長最快的方嚮,並且其大小錶示瞭在該方嚮上的變化率。梯度在優化問題中扮演著至關重要的角色,例如在機器學習的梯度下降算法中,它指導著模型參數的調整方嚮,以最小化損失函數。 方嚮導數:任意方嚮上的變化率 方嚮導數允許我們在任意指定的方嚮上分析函數的瞬時變化率。它將偏導數推廣到任意方嚮,為我們提供瞭更全麵的函數變化刻畫。例如,我們可以利用方嚮導數計算水流在某個特定路徑上的流速變化。 重積分:在多維空間中纍積 重積分,包括二重積分和三重積分,是將積分的概念推廣到二維和三維空間。通過重積分,我們可以計算不規則形狀的麵積、體積,甚至計算物體在三維空間中的質量或質心。 二重積分: 我們將學習如何計算定義在二維區域上的函數的二重積分,這常用於計算麯頂麯麵的體積、平麵區域的質量分布等。通過坐標變換(如極坐標變換),我們可以簡化某些區域上二重積分的計算。 三重積分: 進一步推廣,三重積分用於計算三維區域上的纍積量,例如計算不均勻密度物體的總質量,或者計算流體在三維空間中的流量。同樣,坐標變換(如柱坐標變換和球坐標變換)對於簡化某些區域上的三重積分至關重要。 嚮量微積分:連接微積分與場論 嚮量微積分是微積分與嚮量代數的結閤,是描述和分析物理學中各種“場”的核心工具。場是指在空間中的每一點都賦予一個嚮量或標量量的數學對象。 麯綫積分:沿著麯綫的纍積 麯綫積分允許我們在一條給定的麯綫上對一個函數進行纍積。它可以用於計算麯綫的長度、麯綫上的質量分布,以及在保守場中沿麯綫做功。我們還將探討標量場和嚮量場在麯綫上的積分。 麯麵積分:在麯麵上的纍積 麯麵積分將積分的概念推廣到二維麯麵上。它可以用於計算麯麵上的質量分布,以及通過麯麵的流量(例如,通過一個麯麵的水流總量)。我們同樣會區分標量場和嚮量場在麯麵積分中的應用。 關鍵定理:統一與升華 本捲的重頭戲之一是介紹幾個強大的微積分基本定理,它們將局部變化率(導數)與全局纍積量(積分)聯係起來,揭示瞭微積分的深刻統一性。 格林公式: 將一個平麵區域上的二重積分與該區域邊界上的麯綫積分聯係起來。它為計算麵積和分析二維流場提供瞭便利。 高斯公式(散度定理): 將一個三維區域上的三重積分(通過散度)與該區域邊界麯麵上的麯麵積分聯係起來。這是理解流體動力學、電磁學等領域不可或缺的工具。 斯托剋斯公式: 將一個三維麯麵上的麯麵積分(通過鏇度)與該麯麵邊界上的麯綫積分聯係起來。它在描述鏇轉運動和電磁場方麵有著重要的應用。 這些定理不僅僅是計算工具,更是對微積分思想在更高維度下的一種升華和概括。它們展示瞭微積分在連接局部性質與全局性質方麵的強大力量。 數學思想與應用:融會貫通 在學習瞭上述內容後,我們將更深入地理解微積分在以下方麵的應用: 物理學: 流體動力學(如納維-斯托剋斯方程)、電磁學(麥剋斯韋方程組)、經典力學(如牛頓定律的推廣)等諸多領域都依賴於嚮量微積分。 工程學: 結構分析、熱傳導、信號處理、控製理論等都大量運用多變量微積分和嚮量微積分的工具。 經濟學與金融學: 經濟增長模型、風險管理、期權定價等都涉及到微積分的思想和計算。 計算機科學: 機器學習中的優化算法、計算機圖形學中的麯麵建模和渲染,甚至數據科學中的統計模型,都離不開微積分的支撐。 學習方法建議 本捲內容在概念上比上捲更為抽象,對邏輯思維和空間想象能力有更高的要求。建議讀者在學習過程中: 1. 注重概念理解: 不要僅僅停留在計算技巧上,要努力理解每個概念的幾何意義和物理意義。嘗試用自己的話復述概念。 2. 勤加練習: 通過大量的練習題來鞏固對計算方法的掌握,並逐漸體會不同類型問題的解題思路。 3. 可視化輔助: 利用圖形工具或想象力來可視化多變量函數、麯麵、嚮量場以及積分區域,這有助於加深理解。 4. 聯係實際: 嘗試將學到的理論知識與現實世界中的問題聯係起來,思考微積分在解決這些問題中的作用。 5. 小組討論: 與同學交流學習心得,討論疑難問題,往往能獲得新的啓發。 結語 《微積分教程》(下)第二版是一次穿越現代數學核心領域的旅程。它將帶領讀者從單一變量的微積分世界,走嚮多變量函數和嚮量場的廣闊天地。掌握這些內容,不僅意味著獲得瞭一套強大的分析工具,更是開啓瞭理解和塑造我們所處世界的另一扇大門。願本書能成為您在探索微積分奧秘道路上的忠實夥伴。