微积分是以函数为研究对象,运用极限手段分析处理问题的一门数学科学。
本课程充分发挥传统黑板教学在数学课程讲授上的优势,边讲边写,循序推进,现场手绘图形,通俗易懂,还时常利用一些段子把教学和生活联系起来,使得课堂生动活泼,为微积分课程教学带来一股新风。
本课程是在原国家级精品课程的基础上转型而成,分为微积分(一)、(二)、(三),微积分(二)包括级数、矢量代数与空间解析几何、多元函数的微分学、多元函数的积分学(二重积分)。通过本课程的学习,使学生掌握微积分学的基本概念、基本理论、基本方法和具有比较熟练的运算技能,为学习后继课程和进一步获取数学知识奠定必要的数学基础;并使学生受到高等数学的思想方法熏陶和运用它们解决实际问题的基本训练;培养学生具有一定的抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力以及综合运用所学知识进行分析、解决实际问题的能力。
本课程适合大学一年级正在学习微积分或者正在准备复习考研的学习者。
第一部分 无穷级数
1.理解常数项级数收敛、发散以及收敛级数的和的概念,掌握级数的基本性质及收敛的必要条件。
2.掌握几何级数与p级数的收敛与发散的条件。
3.掌握正项级数收敛性的比较判别法和比值判别法,会用根值判别法。
4.掌握交错级数的莱布尼茨判别法。
5.了解任意项级数绝对收敛与条件收敛的概念,以及绝对收敛与条件收敛的关系。
6.了解函数项级数的收敛域及和函数的概念。
7.理解幂级数的收敛半径的概念、并掌握幂级数的收敛半径、收敛区间及收敛域的求法。
8.了解幂级数在其收敛区间内的一些基本性质(和函数的连续性、逐项微分和逐项积分),会求一些幂级数在收敛区间内的和函数,并会由此求出某些数项级数的和。
9.了解函数展开为泰勒级数的充分必要条件。
10.掌握ex、sinx、cosx、ln(1+x)和(1+x)α的麦克劳林展开式,会用它们将一些简单函数间接展开成幂级数。
第二部分 向量代数和空间解析几何
1.理解空间直角坐标系,理解向量的概念及其表示。
2.掌握向量的运算(线性运算、数量积、向量积、混合积),了解两个向量垂直、平行的条件。
3.理解单位向量、方向数与方向余弦、向量的坐标表达式,掌握用坐标表达式进行向量运算的方法。
4.掌握平面方程和直线方程及其求法。
5.会求平面与平面、平面与直线、 直线与直线之间的夹角,并会利用平面、直线的相互絭(平行、垂直、相交等)解决有关问题。
6.会求点到直线以及点到平面的距离。
7.了解曲面方程和空间曲线方程的概念。
8.了解常用二次曲面的方程及其图形,会求以坐标轴为旋转轴的旋转曲面及母线平行于坐标轴的柱面方程。
9.了解空间曲线的参数方程和一般方程.了解空间曲线在坐标平面上的投影,并会求其方程。
第三部分 多元函数微分学
1.理解多元函数的概念,理解二元函数的几何意义。
2.了解二元函数的极限与连续性的概念,以及有界闭区域上连续函数的性质。
3.理解多元函数偏导数和全微分的概念,会求全微分,了解全微分存在的必要条件和充分条件,了解全微分形式的不变性。
4.理解方向导数与梯度的概念并掌握其计算方法。
5.掌握多元复合函数一阶、二阶偏导数的求法。
6.了解隐函数存在定理,会求多元隐函数的偏导数。
7.了解空间曲线的切线和法平面及曲面的切平面和法线的概念,会求它们的方程。
8.了解二元函数的二阶泰勒公式。
9.理解多元函数极值和条件极值的概念,掌握多元函数极值存在的必要条件,了解二元函数极值存在的充分条件,会求二元函数的极值,会用拉格朗日乘数法求条件极值,会求简单多元函数的最大值和最小值,并会解决一些简单的应用问题。
第四部分 多元函数积分学
1.理解二重积分分的概念,了解二重积分的性质,了解二重积分的中值定理。
2.掌握二重积分的计算方法(直角坐标、极坐标)。
第1周
第一 节:数项级数的概念,两个重要的级数
第二节:收敛级数的性质
第三节:例题,正项数项级数收敛的充要条条件,比较判别法
第四节:例题,比较判别法的极限形式
第五节:例题,比值判别法
第六节:根值判别法,例题
第七节:一般级数绝对值的比值判别法,绝对值的根值判别法
第2周
第八节:莱布尼兹判别法,例题,柯西-阿达玛公式思想
第九节:柯西-阿达玛公式,例题
第十节:收敛幂级数的性质,例题
第十一节:两个重要幂级数的和函数,求幂级数和函数的四种重要方法
第十二节:例题,函数按定义展成幂级数(直接展开)
第十三节:唯一性定理,函数展成幂级数的间接展开
第十四节:函数展成幂级数例题,综合练习
级数总结及拓展
综合题
本章习题解答
测试1
第3周
第十五节:矢量的加减法、两矢量的点乘积
第十六节:两矢量的叉乘积
第十七节:空间直角坐标系,对称点坐标,两点间的距离
第十八节:矢量的坐标式,矢量的代数运算
第十九节:矢量运算的几何意义,空间曲面与曲线方程的概念
第二十节:平面方程及类型
第二十一节:直线方程及类型,点到平面距离
第4周
第二十二节:点到直线距离,直线的点向式与一般式互换
第二十三节:直线位置的判断,异面直线公垂线的方程、长、垂足坐标
第二十四节:球面、柱面、锥面的方程
第二十五节:旋转曲面
第二十六节:一般空间曲线的旋转曲面、椭球面、单叶双曲面,双叶曲面
第二十七节:二次锥面、椭圆抛物面、马鞍面、投影曲线
综合题
习题解答
测试2
第5周
第二十八节:多元函数定义、定义域的求法、平面点集的分类
第二十九节:多元函数的极限及求法、判断多元函数极限不存下的方法
第三十节:多元函数的极限与累次极限的区别,多元函数的连续
第三十一节:有界闭区域上连续函数的性质,偏导数概念的引入
第三十二节:多元函数偏导数的定义,偏导数与连续有没有关系
第三十三节:偏导数的几何意义,二阶偏导数及其定理
第6周
第三十四节:二阶偏导数练习,多元函数的全微分及可微的形式
第三十五节:多元函数可微的必要条件、充分条件
第三十六节:多元函数全微分在近似计算中的应用,多元复合函数求偏导法则
第三十七节:对多元复合函数求偏导的理解及例题
第三十八节:多元函数全微分的一阶形式不变形及例题,方程确定多元函数的概念
第三十九节:方程确定多元函数求偏导的方法及例题
矢量代数与解析几何
第7周
第四十节:方程确组定多元函数组求偏导的方法,方向导数的定义
第四十一节:方向导数存在的充分条件,方向导数的最大值与最小值
第四十二节:方向导数的例题,多元函数的极值,取到极值的必要条件
第四十三节:取到极值的充分条件,多元函数的最大值与最小值,多元函数的条件极值
第四十四节:拉格朗日乘数法,例题,空间曲线的切线与法平面
第四十五节:空间曲面的切平面与法线方程,一般式空间曲线的切线与法平面的方程
多元函数微分学总结与拓展
综合题
习题解答
测试3
第8周
第四十六节:二重积分概念的引入:求曲顶柱体的体积
第四十七节:求薄片的质量,二重积分的定义
第四十八节:二重积分的几何意义、物理意义,可积的充分条件,二重积分的性质
第四十九节:二重积分的性质(续),x-型区域与y-型区域
第五十节:二重积分计算的方法与例题
第9周
第五十一节:二重积分的例题,二重积分一般变换的原理
第五十二节:极坐标系与极坐标,二重积分转化为极坐标系下的计算
第五十三节:极坐标系下区域的类型,三种圆域的类型,例题
第五十四节:极坐标系下计算的例题,利用区域的对称性与被积函数关于相应变量的奇偶性简化计算
第五十五讲:二重积分综合练习
第五十六讲:微积分2精要
二重积分总结及拓展
《微积分二》课程期末练习
综合题
习题解答
测试4
微积分(一)
参考教材:
微积分(上),(下).第三版.苏德矿,吴明华,童雯雯.高等教育出版社,2021年2月.
参考教材:
相关资料:
[1] 高等数学习题课28讲.苏德矿,应文隆,卢兴江,吴明华.中南大学出版社,20018年3月.
[2] 高等数学学习辅导讲义.苏德矿,应文隆,等.浙江大学出版社,2015年10月.
[3] 高等数学基础——中学数学内容补充与数学概念和思维方法简介.苏德矿,等.高等教育出版社,2015年5月.
选读材料:
[1] 高等数学(2,3卷).居余马,葛严麟.清华大学出版社,1996年8月.
[2] 简明微积分.龚昇,张声雷.中国科技大学出版社,1993年7月.
[3] 数学分析(上,下).华东师范大学数学系.高等教育出版社,1996年3月.
[4] 微积分学教程.F.M.菲赫金哥尔茨.高等教育出版社,2005年7月.
推荐英文书目:
[1] CALCULUS工科微积分(上,下)(双语版).立冬,周文书.大连理工大学出版社,2009年02月.
[2] 高等微积分(美).Patrick M. Fitzpatrick(马里兰大学).机械工业出版社,2005年5月.