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高等数学

时间:2023-02-09 08:11:25浏览次数:29  
标签:prime infty frac ln lim 高等数学 sim

前言

今天学习的高等数学的部分,即使是在whk也能有很大的运用空间,需要好好掌握,尤其是这次讲课内容较为基础,必要时可反复复习!

从极限开始

\(\lim_{x\to x_0}f(x)\) 表示当x趋近于\(x_0\)时\(f(x)\)对应的取值

$ \frac{1}{无穷大}=无穷小 $(无穷大不等同于正无穷)

\(e的定义:e=\lim_{x\to \infty }(1+\frac{1}{x})^x\)

等价无穷小:若 \(\lim_{x \to 0}\frac{f(x)}{g(x)}=1\) ,则可以用表示\(f(x)\sim g(x)\)表示它们是等价的无穷小,这样就可以在运算极限值时将二者直接互相代换

常见:

\[\sin(x)\sim x \]

\[\cos(x)\sim 1-\frac{x^2}{2} \]

\[\ln(1+x)\sim x \]

\[e^x-1\sim x \]

\[(1+x)^a\sim ax \]

\[a^x-1\sim ln(a)x \]

\[log_a{x+1}\sim \frac{x}{lna} \]

导数初步

导数可以把它简单地理解为函数的变化率,或者是函数图像上过某一点图像切线的斜率。其用途非常广泛,需重点关注。
对函数\(f(x)\)求导可记作\(f^\prime(x)\)

导数表

\[(C)^\prime=0 \]

\[(x^a)^\prime=ax^{a-1} \]

\[(\sin(x))^\prime=\cos(x) \]

\[(\cos(x))^\prime=-sin(x) \]

\[(a^x)^\prime=ln_a\cdot a^x,特殊地,(e^x)^\prime=e^x \]

\[(log_ax)^\prime=\frac{1}{xln_a},特殊地,(ln_x)^\prime=\frac{1}{x} \]

导数运算

\[[u(x)\pm v(x)]^\prime = u^\prime(x)\pm v^\prime(x) \]

\[[u(x) * v(x)]^\prime = u^\prime(x)v(x)+u(x)v^\prime(x) \]

\[[\frac{u(x)}{v(x)}]^\prime=\frac{u^\prime(x)v(x)-u(x)v^\prime(x)}{v^2(x)} \]

\[[f(g(x))]^\prime=f^\prime(g(x))\cdot g^\prime(x) \]

总之熟能生巧,勤加练习后不需死记硬背即可牢固掌握。

洛必达法则

神!洛必达法则天下第一!看到lim就是一个洛!(逃
洛必达法则:$$\lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)}=\frac{f^\prime (x)}{g^\prime (x)}$$
当然洛必达法则在使用时是有前提的,当x趋近于\(x_0\)时\(f(x)与g(x)\)必须同时趋近于0(注意只能是0,不能是其它常数,小心洛着洛着极限值变为1还在洛就出事了),或者是同时趋近于无限,即必须是\(\frac{0}{0}或\frac{\infty}{\infty}\)型。特殊地,\(0\cdot\infty\)型也可以洛,在这种情况下可以将\(\infty\)型转化为\(\frac{1}{0}\)型,或将0型转化为\(\frac{1}{\infty}\)型思考

泰勒展开

直接上公式:若\(f(x)在x_0处有n阶导数,那么对于x_0邻域中的x有\) $$f(x)=f(x_0)+\frac{f^\prime(x_0)(x-x_0)}{1!}+ \frac{f^{\prime\prime}(x_0)(x-x_0) ^2 }{2!}+......+ \frac{f^{(n)}(x-x_0) ^n}{n!}+ o((x-x_0)^n)$$
其中\(o((x-x_0)^n)\)表示高阶无穷小,即该数列第n项之后所有项的和,虽然值已经小到趋近0,但是依然需要加上这一部分,否则这个数列只能无限逼近\(f(x)\)而不能等于\(f(x)\)

此时如果将\(x_0=0\)代入则可以得到函数在0处展开的样子,即泰勒展开的特殊情况——麦克劳林公式:$$f(x)=f(0)+\frac{f^\prime(0)x}{1!}+ \frac{f^{\prime\prime}(0)x ^2}{2!}+......+ \frac{f^{(n)}(0)x ^n}{n!}+ o(x^n)$$
不过只需记住泰勒展开就可以了,个人感觉没有必要两个都记下来

运用

在我们熟练掌握了泰勒展开及其衍生变形后,我们就可以轻松做到一些平常想都不敢想的事了,手撕根号,三角函数,ln,e的幂次都不在话下,只需将上式的\(f(x)\)换为我们想要的函数,公式:

\[e^x=1+x+\frac{x^2}{2!}+...+\frac{x^n}{n!}+o(x^n) \]

\[ln(1+x)=x-\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3}-\frac{x^4}{4}+...+\frac{x^n}{n}\cdot(-1)^{n+1}+o(x^n) \]

\[(1+x)^{\frac12}=1+\frac12x-\frac18x^2+\frac1{16}x^3-...+\frac1{2^{n+1}}x^n+o(x^n) \]

\[sin(x)=x-\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\frac{x^7}{7!}+...+\frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!}+o(x^{2n+1}) \]

标签:prime,infty,frac,ln,lim,高等数学,sim
From: https://www.cnblogs.com/sa-ka-na/p/17103990.html

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