# 单变元微分学
# 定义
# 可微
设函数 f 在某邻域 U(x0,δ) 内有定义,则若 ∃A∈R (A 是不依赖于 x 的常数) 使得
f(x)=f(x0)+A(x−x0)+o(x−x0)
当 x→x0 时成立,则称 f 在 x0 处可微 (differentiable), 并称 A(x−x0) 是 f 在 x0 处的微分 (differential).
# 可导
设函数 f 在某邻域 U(x0,δ) 内有定义,则若极限
x→x0limx−x0f(x)−f(x0)≜f′(x0)
存在,则称 f 在 x0 处可导 (derivable), 并称 f′(x0) 是 f 在 x0 处的导数 (derivative).
同一一元函数 f 在 x0 处可微与可导等价。
# 常见函数的导数 & 微分
基础导数公式
(xt)′=txt−1(t=0)(ax)′=axlna(a>0,a=1)(lnx)′=x1
(sinx)′=cosx(cosx)′=−sinx(tanx)′=cos2x1(cotx)′=−sin2x1
(arcsinx)′=1−x21(arccosx)′=−1−x21(arctanx)′=1+x21′(arcctgx)′=−1+x21
高阶导数公式
(ax)(n)=axlnna(lnx)(n)=(−1)n(n−1)/2(n−1)!x−n
# 微分学基本定理
# Rolle 中值定理
设 f(x) 在 [a,b] 上连续,且在 (a,b) 内可导,且 f(a)=f(b)=0, 那么 ∃ξ∈(a,b) 使得
f′(ξ)=0
该定理称为罗尔中值定理 (Rolle).
# Lagrange 中值定理
设 f(x) 在 [a,b] 上连续,且在 (a,b) 内可导,那么 ∃ξ∈(a,b) 使得
f′(ξ)=b−af(b)−f(a)
该定理称为拉格朗日中值定理 (Lagrange).
# 柯西 (Cauchy) 中值定理
设 f(x),g(x) 均在 [a,b] 上连续,在 (a,b) 内可导,并且在 (a,b) 上恒有 g′(x)=0. 则 ∃ξ∈(a,b) 满足
g(a)−g(b)f(a)−f(b)=g′(ξ)f′(ξ)
# 皮亚诺 (Peano) 定理
设 f,g,h 在 [a,b] 上连续,在 (a,b) 内可导,则存在 ξ∈(a,b) 满足
∣∣∣∣∣∣∣f′(ξ)f(a)f(b)g′(ξ)g(a)g(b)h′(ξ)h(a)h(b)∣∣∣∣∣∣∣=0
在 Peano 定理中,取 h(x)≡1, 则皮亚诺定理退化为柯西定理;若取 g(x)≡x,h(x)≡1, 则皮亚诺定理退化为拉格朗日定理。
# 洛必达 (L'Hospital) 法则
设 f,g 均在 (a,b) 内可导,且若
x→a+limf(x)=x→a+limg(x)=0
则极限
x→a+limg(x)f(x)=A
存在或为无穷,且满足
x→a+limg(x)f(x)=x→a+limg′(x)f′(x)
几点需要注意:
- 极限 limx→a+g(x)f(x) 不存在时不能使用洛必达法则。
- 极限中 x→a+ 的含义是单边导数即可。
- 对于 ∞/∞ 型不定式,只需要假设分母为 ∞ 即可,其余条件不变。
- 其余类型的不定式,需要向上述两类基本的不定式转换。
# 泰勒 (Taylor) 公式
# 泰勒多项式
若 f 在 x0 处 n 阶可导,则 f 在 x0 处的 n 阶泰勒多项式定义为
Pn(x)≡Pn(x;x0,f):=f(x0)+k=1∑nk!f(k)(x0)(x−x0)k
# 皮亚诺 (Peano) 余项
# 单变元积分学
会积就行。但是不会积啊(