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3. 第七章 无穷级数1.3.1. 数项级数1.3.1.1. 常数项级数1.3.1.2. 正项级数(1.3.1.3. 一般级数1.3.2. 函数项级数1.3.2
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数学分析笔记:2019春学期下半学期
数学分析笔记:2019春学期下半学期
1. 期中考前空间解析几何知识点整理
1.1.1. 向量
1.1.2. 空间平面和直线
1.1.3. 空间曲面的方程
2. 几类积分的联系
1.2.1. 高斯公式
1.2.2. 斯托克斯公式
3. 第七章 无穷级数
1.3.1. 数项级数
1.3.1.1. 常数项级数
1.3.1.2. 正项级数( )
1.3.1.3. 一般级数
1.3.2. 函数项级数
1.3.2.1. 函数列的一致收敛性
1.3.2.2. 函数项级数
1.3.3. 幂级数
1.3.3.1. 函数的幂级数展开
1.3.4. 傅里叶级数
4. 第四章 常微分方程
1.4.1. 可分离变量的微分方程
1.4.2. 一阶线性微分方程
1.4.3. 可降阶的高阶微分方程
1.4.4. 高阶线性微分方程
1.4.5. 常系数齐次线性方程
1.4.6. 常系数非齐次微分方程
5. 习题课
1.5.1. 习题课
1.5.2. 习题课
1.5.3. 习题课
1. 期中考前空间解析几何知识点整理
1.1.1. 向量
混合积: 坐标为 则
三向量共面:混合积为零
1.1.2. 空间平面和直线
点到平面的距离: 到平面 的距离为:
直线的标准方程:
其中 称为方向系数
两直线相交:设直线 过点 ,方向向量为 ,则他们相交的充要条件为:
且他们不相交或重合
与 平行的充要条件: 且 上有一点不在 上
异面直线间的距离:
(考虑投影到公垂线段上)
a
≥
n
0
a
,
b
,
c
(a
, b
, c
), (a
, b
, c
), (a
, b
, c
)
1 1 1 2 2 2 3 3 3
a
×
b
⋅
c
=
∣
∣
∣
∣
∣
∣
a
1
a
2
a
3
a
2
b
2
b
3
a
3
a
3
c
3
∣
∣
∣
∣
∣
∣
P
(x
, y
, z
)
1 1 1 1
π : Ax + By + Cz + D = 0
d =
A + B + C
2 2 2
∣Ax
+ By
+ Cz
+ D∣
1 1 1
=
X
x − x
0
=
Y
y − y
0
Z
z − z
0
(X, Y , Z)
ℓ
i
M
(x
, y
, z
)
i i i i
(X
, Y
, Z
)(i =
i i i
1, 2)
=
∣
∣
∣
∣
∣
∣
x
− x
2 1
y
− y
2 1
z
− z
2 1
X
1
Y
1
Z
1
X
2
Y
2
Z
2
∣
∣
∣
∣
∣
∣
0
ℓ π AX + BY + CZ = 0 ℓ π
d =
∣v
× v
∣
1 2
∣
⋅ v
× v
∣M
M
1 2 1 2
(函数列不考)
1.1.3. 空间曲面的方程
圆柱面: 半径为 ,母线方向为 ,对称轴 过点 ,则 在此圆柱面上的充要条件是
(注意叉乘)
圆锥面:设轴的方向向量为
2. 几类积分的联系
1.2.1. 高斯公式
设空间区域 由分片光滑的闭曲面 构成,则
证明:
使用Gaussian公式:常加入与坐标平面平行的平面组成封闭平面
eg1:
注意:画好积分区域 主要在第一卦限
so1:
1.2.2. 斯托克斯公式
考虑三维空间的曲面 ,其边界为 ,曲线方向取正向,曲面方向取右手螺旋,我们有
注意以 为边界的曲面 可能有若干个,可以选择一个比较合适的(有时甚至选择球面比较方便)
行列式记法:
证明:
于是曲线积分
r
v
(l, m, n) ℓ
0
M
(x
, y
, z
)
0 0 0 0
M(x, y, z)
=
∣
v
∣
∣
×
v
∣MM
0
r
v
, 则∣cos <
,
v
>M
M
0
∣ = cosα
Ω Σ
(
+
Ω
∭
∂x
∂P
+
∂y
∂Q
)dxdydz =
∂z
∂R
P dydz +
Σ
∬ Qdzdx + Rdxdy
其中P , Q, R : 一阶连续可微
设Ω的下表面Σ
:
下
z = z
(x, y), 上表面Σ
:
1 上
z = z
(x, y)
2
利用三重积分的先一后二和曲面积分的计算, 考虑
dxdydz的穿线, 有
Ω
∭
∂z
∂R
dxdydz
Ω
∭
∂z
∂R
而
Rdxdy
Σ
∬
=
dxdy
dz
D
xy
∬ ∫
z
(x,y)
1
z
(x,y)
2
∂z
∂R
=
R(x, y, z
(x, y)) − R(x, y, z
(x, y))dxdy
D
xy
∬
2 1
=
+
Σ
上
∬
Σ
下
∬
=
R(x, y, z
(x, y)) −
R(x, y, z
(x, y))dxdy
D
xy
∬
2
D
xy
∬
1
从而证明了原命题.
求I =
y zdxdy −
Σ
∬
2
xzdydz + x ydzdx
2
Σ : z = x +
2
y , x +
2 2
y =
2
1及坐标面所围曲线的外侧
I =
(−z +
Ω
∭ x +
2
y )dxdydx =
2
dθ
rdr
(−z +∫
o
2
π
∫
0
1
∫
0
r
2
r )dz
2
Σ Γ
P (x, y, z)dx +∮
Γ
Q(x, y, z)dy + R(x, y, z)dz =
(
−
Σ
∬
∂y
∂R
)dydz +
∂z
∂Q
(
−
∂z
∂P
)dzdx +
∂x
∂R
(
−
∂x
∂Q
)dxdy
∂y
∂P
Γ Σ
=
Σ
∬
∣
∣
∣
∣
∣
∣
dydz
∂x
∂
P
dzdx
∂y
∂
Q
dxdy
∂z
∂
R
∣
∣
∣
∣
∣
∣
希望把曲线积分(找参数方程)和曲面积分(设法投影)化到同一个东西
设Σ : z = z(x, y), 将Σ投影到xOy面, 得到D
, 记其边界线为L :
xy
x = x(t), y = y(t).
而L为Γ在xOy面的投影, 故Γ : x = x(t), y = y(t), z = z(x(t), y(t))
∮ ∮
启示:重视基本含义,基本计算方法
eg2:
注意画图的技巧:把zOx面作为纸面
sol2:
3. 第七章 无穷级数
1.3.1. 数项级数
1.3.1.1. 常数项级数
定义:
给定 ,或 ,简记为
研究问题:收敛/发散
级数的收敛:定义部分和 ,构成数列 ,其敛散性与原级数的敛散性相同; 研究级数的收敛性需要通过研究数列的
收敛性.
收敛级数的余项: ,其中 为级数的和
判断敛散性
Cauchy收敛准则:
级数的Cauchy收敛准则:
. 要习惯这
种 语言进行证明
调和级数
知道发散,知道发散的阶
应用:随机树:每次只选一个叶子节点向下分,研究随机一个叶子节点的层数:
收敛级数的性质
线性性
任意改动有限项不影响级数的收敛性
收敛 证明:
收敛 任意加括号后级数收敛(反之不成立,反例: )(利用逆否命题:加括号发散 原级数发散)
P (x, y, z)dx
Γ
∮
注意这是平面的曲线积分, 由格林公式
由复合求导
考虑dxdy
cosγdS
∂y
∂z
只需证
cosγ
∂y
∂z
考虑Σ : z(x, y) − z = 0, = (z
, z
, −1), 易见
= −z
=
, 从而证明了原命题.n
x y
cosγ
cosβ
y
∂y
∂z
=
P (x, y, z(x, y))dx∮
L
=
−
dxdy, 这样就把曲线积分化成了二重积分
D
xy
∬
∂y
∂P
=
−(
× 0 +
+
)dxdy,
D
xy
∬
∂x
∂P
∂y
∂P
∂z
∂P
∂x
∂z
= cosγdS, dzdx = cosβdS, 往证
= −cosβdS
= −cosβ
求I =
(y −
Γ
∮ z)dx + (z − x)dy + (x − y)dz
Γ : x +
2
y =
2
a 与
+
2
a
x
=
b
z
2(a > 0, b > 0)的交线, 方向为从x轴正向看去是逆时针
考虑Σ :
+
a
x
=
b
z
1, 其投影D
:
xy
x +
2
y ≤
2
a
2
I =
(−1 −
Σ
∬ 1)dydz + (−1 − 1)dzdx + (−1 − 1)dxdy
= −2
(dydz +
Σ
∬ dzdx + dxdy), 它是曲面在坐标面上的投影的面积
考虑Σ在yOz面上的投影 : a (1 −
2
) +
b
z
2
y =
2
a , 即
+
2
a
2
y
2
=
b
2
(z − b)
2
1
于是I = −2(πab + 0 + πa )
2
a
, a +{
n
}
1
a
+
2
⋯ + a
+
n
…
a
n=1
∑
∞
n
a
∑
n
S
=
n
a
+
1
a
+
2
⋯ + a
n
{S
}
n
R
=
n
S − S
n
S
给定{b
}, b
→
n n
b ⇔ ∀ϵ > 0, ∃N > 0, s.t.∀p ∈ Z
, 有对n >
+
N, ∣b
−
n+p
b
∣ <
n
ϵ
级数 a
, 部分和S 收敛 ⇔∑
n n
∀ϵ > 0, ∃N > 0, s.t.∀p ∈ Z
, 有对n >
+
N, ∣S
−
n+p
S
∣ =
n
∣a
+
n+1
a
+
n+2
⋯ + a
∣ <
n+p
ϵ
ϵδ
lnn
a
n=1
∑
∞
n
⇒
a
=
n→∞
lim
n
0(
S
−
n→∞
lim
n
S
=
n+1
0)
a
n=1
∑
∞
n
⇒
(−1)
n=1
∑
∞
n
⇒
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