同济六版高等数学(下)知识点整理
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第八章1、向量在轴上的投影:性质:ϕcos )(a a u =(即Prj u ϕcos a a =),其中ϕ为向量a与u 轴的夹角;u u u b a b a )()()( +=+(即Prj u =+)(b a Prj u a+ Prj u b );u u a a )()( λλ=(即Prj u λλ=)(a Prj u a).2、两个向量的向量积:设k a j a i a a z y x++=,k b j b i b b z y x ++=,则=11)1(+-yy b az z b a i +21)1(+-x x b a zzb a j +31)1(+- x x b ayyb a k=k b a b a j b a b a i b a b a x y y x z x x z y z z y)()()(-+-+-注:a b b a⨯-=⨯3、二次曲面(1) 椭圆锥面:22222z by a x =+;(2) 椭圆抛物面:z b y a x =+2222; (旋转抛物面:z a y x =+222(把把xOz 面上的抛物线z ax =22绕z 轴旋转)) (3) 椭球面:1222222=++c z b y a x ; (旋转椭球面:122222=++cz a y x (把xOz 面上的椭圆12222=+cz a x 绕z 轴旋转)) (4) 单叶双曲面:1222222=-+c z b y a x ; (旋转单叶双曲面:122222=-+cz a y x (把xOz 面上的双曲线12222=-cz a x 绕z 轴旋转))(5) 双叶双曲面:1222222=--c z b y a x ; (旋转双叶双曲面:122222=+-cz y a x (把xOy 面上的双曲线12222=-cz a x 绕x 轴旋转))(6) 双曲抛物面(马鞍面):z by a x =-2222;(7) 椭圆柱面:12222=+b y a x ; 双曲柱面:12222=-by a x ; 抛物柱面:ay x =24、平面方程(1) 平面的点法式方程:0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A ,其中),,(0000z y x M 是平面上一点,),,(C B A n =为平面的一个法向量.(2) 平面的一般方程:0=+++D Cz By Ax ,其中),,(C B A n =为平面的一个法向量.注:由平面的一般方程可得平面的一个法向量),,(C B A n =若D =0,则平面过原点;若⎩⎨⎧≠==轴,则平面平行于轴则平面过x D x D A 0,0,0若⎩⎨⎧≠===面,则平面平行于面,则平面表示,xOy D xOy D B A 000 (3) 平面的截距式方程:1=++c zb y a x ,其中c b a ,,分别叫做平面在z y x ,,轴上的截距.5、两平面的夹角:222222212121212121cos C B A C B A C C B B A A ++⋅++++=θ特殊:0212121=++⇔C C B B A A 两平面互相垂直6、点),,000z y x P (到平面0=+++D Cz By Ax 的距离公式:222000CB A DCz By Ax d +++++=7、空间直线方程(1) 空间直线的一般方程:⎩⎨⎧=+++=+++0022221111D z C y B x A D z C y B x A(2) 空间直线的对称式(点向式)方程:pz z n y y m x x 000-=-=-,其中),,(p n m s =为直线的一个方向向量,),,(000z y x M 为直线上一点(3) 空间直线的参数方程:⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=ptz z nt y y mtx x 0008、两直线的夹角:222222212121212121cos p n m p n m p p n n m m ++⋅++++=ϕ特殊:0212121=++⇔p p n n m m 两直线互相垂直 9、直线与平面的夹角:222222sin pn m C B A Cp Bn Am ++⋅++++=ϕ特殊:pC n B m A ==⇔直线与平面垂直 直线与平面平行或在平面内:0=++Cp Bn Am 10、平面束的方程:设直线L 由方程组⎩⎨⎧=+++=+++0022221111D z C y B x A D z C y B x A 所确定,其中222111,,,,C B A C B A 与不成比例,则平面0)(22221111=+++++++D z C y B x A D z C y B x A λ为通过直线L 的所有平面(不包含平面02222=+++D z C y B x A )第九章1、内点一定是聚点;边界点不一定是聚点2、二重极限存在是指),(y x P 以任何方式趋于),(000y x P 时,),(y x f 都无限接近于A ,因此当),(y x P 以不同方式趋于),(000y x P 时,),(y x f 趋于不同的值,那么这个函数的极限不存在3、偏导数:求xf∂∂时,只要把其他量),,( z y 看作常量而对x 求导数; 求yf∂∂时,只要把其他量),,( z x 看作常量而对y 求导数; 注意:(1)偏导数都存在并不一定连续;(2)xz∂∂为整体,不可拆分;(3)分界点,不连续点处求偏导数要用定义求4、若函数),(y x f z =在点),(y x 可微分,则该函数在点),(y x 的偏导数x z∂∂、yz ∂∂必定存在,且函数),(y x f z =在点),(y x 的全微分为dy yz dx x z dz ∂∂+∂∂=5、若函数),(y x f z =的偏导数xz∂∂、y z ∂∂在点),(y x 连续,则函数在该点可微分 6、),(y x f 连续,偏导数不一定存在,偏导数存在,),(y x f 不一定连续; ),(y x f 连续,不一定可微,但可微,),(y x f 一定连续; 可微,偏导数一定存在,偏导数存在, ),(y x f 不一定可微; 可微,偏导数不一定都连续;偏导数都连续, ),(y x f 一定可微 7、多元复合函数的求导法则:(1)一元函数与多元函数符合的情形:若函数)(t u ϕ=及)(t v ψ=都在点t 可导,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)](),([t t f z ψϕ=在点t 可导,且有dtdvv z dt du u z dt dz ∂∂+∂∂= (2)多元函数与多元函数复合的情形:若函数),(y x u ϕ=及),(y x v ψ=都在点),(y x 具有对x 及对y 的偏导数,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)],(),,([y x y x f z ψϕ=在点),(y x 的两个偏导数都存在,且xvv z x u u z x z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂;yv v z y u u z y z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂ (3)其他情形:若函数),(y x u ϕ=在点),(y x 具有对x 及对y 的偏导数,函数)(y v ψ=在点y 可导,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)](),,([y y x f z ψϕ=在点),(y x 的两个偏导数都存在,且x u u z x z ∂∂∂∂=∂∂;yvv z y u u z y z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂ 8、隐函数求导公式: (1)函数),(y x F :yx F F dx dy-= (2)函数),,(z y x F :z x F F x z -=∂∂,zy F F y z-=∂∂ 9、空间曲线的切线与法平面:设空间曲线Γ的参数方程为⎪⎩⎪⎨⎧===),(),(),(t z t y t x ωψϕ ],[βα∈t ),,(000z y x M 为曲线上一点假定上式的三个函数都在],[βα上可导,且三个导数不同时为零则向量=T ))('),('),('()('0000t t t t f ωψϕ=为曲线Γ在点M 处的一个切向量,曲线Γ在点M 处的切线方程为:)(')(')('000000t z z t y y t x x ωψϕ-=-=-,法平面方程为:0))(('))(('))(('000000=-+-+-z z t y y t x x t ωψϕ 如果空间曲线Γ的方程以⎩⎨⎧==),(),(x z x y ψϕ的形式给出,则Γ在点M 处的切线方程为:)(')('100000x z z x y y x x ψϕ-=-=-, 法平面方程为:0))(('))((')(00000=-+-+-z z x y y x x x ψϕ如果空间曲线Γ的方程以⎩⎨⎧==,0),,(,0),,(z y x G z y x F 的形式给出,则Γ在点M 处的切线方程为:Myyx x M x x z z Mz z y y G F G F z z G F G F y y G F G F x x 000-=-=-法平面方程为:0)()()(000=-+-+-z z F F G F y y G F G F x x G F G F yy x x Mxx z z Mzz y y10、曲面的切平面与法线:设曲面方程为0),,(=z y x F ,),,(000z y x M 为曲面上一点,则曲面在点M 处的切平面方程为:0))(,,())(,,())(,,(000000000000=-+-+-z z z y x F y y z y x F x x z y x F z y x ,法线方程为:),,(),,(),,(0000000000z y x F z z z y x F y y z y x F x x o z o y x -=-=-11、方向导数:若函数),(y x f 在点),(000y x P 可微,那么函数在该点沿任一方向l 的方向导数存在,且 βαcos ),(cos ),(000o y x y x f y x f lf+=∂∂,其中βαcos ,cos 是方向l 的方向余弦 12、梯度:j y x f i y x f y x),(),(0000+称为函数),(y x f 在点),(000y x P 的梯度,记作),(),(000y x f y x gradf o ∇或,即),(),(000y x f y x gradf o ∇==j y x f i y x f y o x),(),(000+13、设函数),(y x f z =在点),(00y x 具有偏导数,且在点),(00y x 处有极值,则0),(,0),(0000==y x f y x f y x14、设函数),(y x f z =在点),(00y x 的某邻域里连续且有一阶及二阶偏导数,又0),(,0),(000==y x f y x f y o x ,令C y x f B y x f A y x f yy xy o xx ===),(,),(,),(00000,则),(y x f 在点),(00y x 处是否取得极值的条件如下:(1)02>-B AC 时具有极值,且当0<A 时有极大值,当0>A 时有极小值; (2)02<-B AC 时没有极值;(3)02=-B AC 时可能有极值,也有可能没有极值 15、具有二阶连续偏导数的函数),(y x f z =的极值求法:第一步:解方程组0),(,0),(==y x f y x f y x ,求得一切实数解,即可求得一切驻点; 第二步:对每一个驻点),(00y x ,求出二阶偏导数的值B A ,和C ;第三步:定出2B AC -的符号,按14的结论判定),(00y x f 是不是极值,是极大值还是极小值注:上述步骤是求........具有二阶连续偏导数的函数得情况下,那么在考虑函数极值时,............................除了考虑函数的驻点外,如果有偏导数不存在的点,那么对这些点也要考虑................................. 16、拉格朗日乘数法:要找函数),(y x f z =在附加条件0),(=y x ϕ下的可能极值点,可以先作拉格朗日函数),(),(),(y x y x f y x L λϕ+=,其中λ为参数.求其对x 及y 的一阶偏导数,并使之为零,然后与方程0),(=y x ϕ联立起来:⎪⎩⎪⎨⎧==+=+0),(0),(),(0),(),(y x y x y x f y x y x f y y x x ϕλϕλϕ,由这方程组解出y x ,及λ,这样得到的),(y x 就是函数),(y x f 在附加条件0),(=y x ϕ下的可能极值点第十章1、二重积分的性质性质1:设βα、为常数,则⎰⎰⎰⎰⎰⎰+=+DDDd y x g d y x f d y x g y x f σβσασβα),(),()],(),([.性质2:如果闭区域D 被有限曲线分为有限个部分闭区域,则在D 上的二重积分等于在各个部分闭区域上的二重积分之和.(二重积分对于积分区域具有可加性) 性质3:如果在D 上,1),(=y x f ,σ为D 的面积,则性质4:如果在D 上,),,(),(y x y x f ϕ≤则有:⎰⎰⎰⎰≤DDd y x d y x f .),(),((σϕσ特殊地,由于,),(),(),(y x f y x f y x f ≤≤-则⎰⎰⎰⎰≤DDd y x f d y x f σσ),(),(.性质5:设m M ,分别是),(y x f 在闭区域D 上的最大值和最小值,σ是D 的面积,则有⎰⎰≤≤DM d y x f m σσσ),(.性质6(二重积分的中值定理):设函数),(y x f 在闭区域D 连续,σ是D 的面积,则在D 上至少存在一点),(ηξ,使得⎰⎰⋅=Df d y x f σηξσ),(),(.2、二重积分直角坐标的计算法:(1)若积分区域D 可用不等式)()(21x y x ϕϕ≤≤,bx a ≤≤(X 型)来表示,其中)(1x ϕ、)(2x ϕ在区间],[b a 上连续.则⎰⎰⎰⎰=Dx x bady y x f dx d y x f )()(21.),(),(ϕϕσ(2)若积分区域D 可用不等式)()(21x x x φφ≤≤,b y a ≤≤(Y 型)来表示,其中)(1x φ、)(2x φ在区间],[d c 上连续.则⎰⎰⎰⎰=Dx x dcdx y x f dy d y x f )()(21.),(),(φφσ注:确定次序原则:(1) 函数原则:内层积分可以积出; (2) 区域原则; (3) 少分块原则.3、二重积分极坐标的计算法:(极坐标系中的面积元素:θρρd d )若积分区域D 可用不等式)()(21x x ϕρϕ≤≤,βθα≤≤来表示,其中)(1x ϕ、)(2x ϕ在区间],[βα上连续.则:⎰⎰⎰⎰⎰⎰==βαθϕθϕρρθρθρθθρρθρθρσ)()(21)sin ,cos ()sin ,cos (),(d f d d d f d y x f DD(详见P145,146) 4、确定上下限原则:(1)每层下限小于上限;(2)内层一般是与外层积分变量的有关的函数,也可以是常数; (3)外层一定为常数.5、利用被积函数的奇偶性及积分区域的对称性简化: (1)若积分区域D 关于0=x 对称,则:⎰⎰⎰⎰⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=--=-=DD y x f y x f dxdy y x f y x f y x f dxdy y x f 1),(),(,),(2),(),(,0),(当当, 其中}{0,),(),(1≥∈=x D y x y x D(2)若积分区域D 关于0=y 对称,则:⎰⎰⎰⎰⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=--=-=DD y x f y x f dxdy y x f y x f y x f dxdy y x f 1),(),(,),(2),(),(,0),(当当, 其中}{0,),(),(2≥∈=y D y x y x D 6、直角坐标三重积分的计算:(1)先一后二:若}{xy D y x y x z z y x z z y x ∈≤≤=Ω),(),,(),(),,(21,闭区域}{b x a x y y x y y x D xy ≤≤≤≤=),()(),(21,则:⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω),(),(2221),,(),,(y x z y x z y y badz z y x f dy dx dv z y x f (详见P158,159)(2)先二后一(截面法):S1:将Ω向某轴投影,如z 轴,],[21c c z ∈;S2:对],[21c c z ∈,用平行于xoy 面的平面截Ω,截出部分记为z D ; S3:计算⎰⎰zD dxdy z f )(;S4:计算⎰21),(c c dz y x F若空间区域{}21,),(),,(c z c D y x z y x z ≤≤∈=Ω,其中z D 是竖坐标为z 的平面截闭区域Ω所得到的一个平面闭区域,则:注:适用于被积函数只有一个变量或为常数 7、柱面坐标三重积分的计算:+∞<≤ρ0;πθ20≤≤;+∞<<∞-zρ=常数,即以z 轴为轴的圆柱面; θ=常数,即过z 轴的半平面;z =常数,即与xoy 面平行的平面柱面坐标系中的体积元素:dz d d dv θρρ=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ=dz d d z F dxdydz z y x f θρρθρ),,(),,(,其中),sin ,cos (),,(z f z F θρθρθρ=再化为三次积分计算⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω),(),(212121),,(),,(θρθρϕϕθθθρρρθz z dz z F d d dxdydz z y x f ,其中),(1θρz ,),(2θρz 为沿z 轴穿线穿过的两个平面方程(个人理解) 8、球面坐标三重积分的计算:+∞<≤r 0,πϕ≤≤0,πθ20≤≤球面坐标系中的体积元素:θϕϕd drd r dv sin 2=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ=θϕϕθϕd drd rr F dxdydz z y x f sin ),,(),,(2,其中)cos ,sin sin ,cos sin (),,(ϕθϕθϕθϕr r r f r F =,再化为三次积分计算⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω212121sin ),,(),,(2),(),(θθϕϕθϕθϕϕθϕϕθdr r r F d d dxdydz z y x f r r ,其中),(1θϕr ,),(2θϕr 为沿z 轴穿线穿过的两个平面方程(个人理解)典例:求由曲面a z y x 2222≤++与22y x z +≥所围成立体体积(利用三种坐标系求解) 解:a z y x 2222≤++表示球心在原点,半径为a 2的球体,22y x z +≥表示xoy 上半面圆锥体 直角坐标:柱面坐标:⎰⎰⎰⎰⎰⎰-Ω==aa dz d d v d V 022022ρρπρρθ球面坐标:⎰⎰⎰⎰⎰⎰==Ω402220sin ππϕϕθa o dr r d d v d V十一章1、对弧长的曲线积分的计算法:设(,)f x y 在曲线弧L 上有定义且连续,L 的参数方程为()()x t y t ϕφ=⎧⎨=⎩,()t αβ≤≤,其中(t ϕ),)t φ(在[,]αβ上具有一阶连续导数,且22'()'()0t t ϕφ+≠,则曲线积分(,)Lf x y ds ⎰存在,且(,)[(),(L f x y ds f t t βαϕφ=⎰⎰ ()αβ< 同理:空间曲线Γ:()()()x t y t z t ϕφω=⎧⎪=⎨⎪=⎩2、对坐标的曲线积分的计算方法:设(,)P x y 、(,)Q x y 在有向曲线弧L 上有定义且连续,L 的参数方程为()()x t y t ϕφ=⎧⎨=⎩,当参数t 单调地由α变到β时,点(,)M x y 从L 的起点A 沿L 运动到终点B ,(t ϕ),)t φ(在以α及β为端点的闭区间上具有一阶连续导数,且22'()'()0t t ϕφ+≠,则曲线积分(,)(,)L P x y dx Q x y dy +⎰存在,且(,)(,){[(),()]'()[(),()]'()}LL P x y dx Q x y dy P t t t Q t t t dt ϕφϕϕφφ+=+⎰⎰(下限α对应于L 的起点,上限β对应于L 的终点)同理:空间曲线Γ:()()()x t y t z t ϕφω=⎧⎪=⎨⎪=⎩3、平面曲线L 上两类曲线积分的联系:(cos cos )L LPdx Qdy P Q ds αβ+=+⎰⎰,其中(,,),(,,)x y z x y z αβ为有向曲线弧L 在点(,)x y处的切向量方向角cos α=cos α=同理:空间曲线Γ上两类曲线积分的联系:4、格林公式:设闭区域D 由分段光滑曲线L 围城,函数(,)P x y 及(,)Q x y 在D 上具有一阶连续偏导数,则有()L D Q P dxdy Pdx Qdy x y∂∂-=+∂∂⎰⎰⎰,其中L 是D 的取正向的边界曲线注:取,P y Q x =-=,则2L D dxdy xdy ydx =-⎰⎰⎰,左端表示闭区D 的面积A 的两倍,因此,12L A xdy ydx =-⎰5、设D 为单连通区域,函数(,)P x y 及(,)Q x y 在D 上具有一阶连续偏导数,则下列四个命题等价:(1)沿D 内任一条光滑曲线有(,)(,)0LP x y dx Q x y dy +=⎰ (2)对D 内任一条分段光滑曲线L 曲线积分(,)(,)LP x y dx Q x y dy +⎰与路径无关 (3)存在(,)u x y D ∈,使得(,)(,)du P x y dx Q x y dy =+(4)在D 内没一点都有Q P x y∂∂=∂∂ 6、对面积的曲面积分的计算法:7、对坐标的区面积分的计算法:(,,)[,,(,)]xyD R x y z dxdy R x y z x y dxdy ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面上下侧 (,,)[,(,),]zxD Q x y z dzdx Q x y z x z dzdx ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面左右侧 (,,)[(,),,]xyD P x y z dydz P x x y y z dydz ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面前后侧 8、两类曲面积分之间的联系:cos cos cos )Pdydz Qdzdx Rdxdy P Q R dS αβγ∑∑++=++⎰⎰⎰⎰,其中cos ,cos ,cos αβγ时有向曲面∑在点(,,)x y z 处的法向量的方向余弦9、高斯公式:设空间闭区域Ω是由分片光滑的闭曲面∑所围城的,函数(,,)P x y z 、(,,)Q x y z 、(,,)R x y z 在Ω上具有一阶连续偏导数,则有:10、斯托克斯公式:设Γ为分段光滑的空间有向闭曲线,∑是以Γ为边界的分片光滑的有向曲面,Γ的正向与∑的侧符合右手规则,函数(,,)P x y z 、(,,)Q x y z 、(,,)R x y z 在曲面∑(连同边界Γ)上具有一阶连续偏导数,则有:。
高数(下)小结一、微分方程复习要点解微分方程时,先要判断一下方程是属于什么类型,然后属类型的相应解法求出其通解.一阶微分方程的解法小结:二阶微分方程的解法小结:非齐次方程()y py qy f x '''++=的特解*y 的形式为:主要:一阶1、可分离变量方程、线性微分方程的求解; 2、二阶常系数齐次线性微分方程的求解; 3、二阶常系数非齐次线性微分方程的特解二、多元函数微分学复习要点一、偏导数的求法1、显函数的偏导数的求法 在求xz∂∂时,应将y 看作常量,对x 求导,在求z y ∂∂时,应将x 看作常量,对y 求导,所运用的是一元函数的求导法则与求导公式.2、复合函数的偏导数的求法设()v ,u f z =,()y ,x u ϕ=,()y ,x v ψ=,则x v v z x u u z x z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂,yvv z y u u z y z ∂∂⋅∂∂+∂∂⋅∂∂=∂∂ 几种特殊情况:1)()v ,u f z =,()x u ϕ=,()x v ψ=,则dxdv v z x u du dz dx dz ⋅∂∂+∂∂⋅= 2)(),z fx v =,()y ,x v ψ=,则x v v f x f x z ∂∂⋅∂∂+∂∂=∂∂,yvu f y z ∂∂⋅∂∂=∂∂ 3)()u f z =,()y ,x u ϕ=则x u du dz x z ∂∂⋅=∂∂,yudu dz y z ∂∂⋅=∂∂3、隐函数求偏导数的求法 1)一个方程的情况设()y ,x z z =是由方程()0=z ,y ,x F 唯一确定的隐函数,则()0≠-=∂∂z zx F F F x z, ()0≠-=∂∂zzy F F F y z或者视()y ,x z z =,由方程()0=z ,y ,x F 两边同时对()x y 或求导解出()z zx y∂∂∂∂或. 2)方程组的情况 由方程组()()⎩⎨⎧==00v ,u ,y ,x G v ,u ,y ,x F 两边同时对()x y 或求导解出()z zx y ∂∂∂∂或即可.二、全微分的求法 方法1:利用公式dz zudy y u dx x u du ∂∂+∂∂+∂∂=方法2:直接两边同时求微分,解出du 即可.其中要注意应用微分形式的不变性:zz du dv uv dz z z dx dyxy ∂∂⎧+⎪∂∂⎪=⎨∂∂⎪+∂∂⎪⎩三、空间曲线的切线及空间曲面的法平面的求法1)设空间曲线Г的参数方程为 ()()()⎪⎩⎪⎨⎧===t z t y t x ωψϕ,则当0t t =时,在曲线上对应点()0000z ,y ,x P 处的切线方向向量为()()(){}000t ,t ,t T '''ωψϕ=,切线方程为()()()000000t z z t y y t x x '''ωψϕ-=-=- 法平面方程为 ()()()()()()0000000=-+-+-z z t y y t x x t '''ωψϕ2)若曲面∑的方程为()0=z ,y ,x F ,则在点()0000z ,y ,x P 处的法向量{}P z y x F ,F ,F n =,切平面方程为()()()()()()0000000000000=-+-+-z z z ,y ,x F y y z ,y ,x F x x z ,y ,x F z y x 法线方程为()()()000000000000z ,y ,x F z z z ,y ,x F y y z ,y ,x F x x z y x -=-=- 若曲面∑的方程为()y ,x f z =,则在点()0000z ,y ,x P 处的法向量()(){}10000-=,y ,x f ,y ,x f n y x,切平面方程为()()()()()00000000=---+-z z y y y ,x f x x y ,x f y x 法线方程为()()1000000--=-=-z z y ,x f y y y ,x f x x y x 四、多元函数极值(最值)的求法 1 无条件极值的求法设函数()y ,x f z =在点()000y ,x P 的某邻域内具有二阶连续偏导数,由(),0x f x y =,(),0y f x y =,解出驻点()00,x y ,记()00y ,x f A xx =,()00y ,x f B xy =,()00y ,x f C yy =.1)若20AC B ->,则()y ,x f 在点()00,x y 处取得极值,且当0A <时有极大值,当0A >时有极小值.2) 若20AC B -<,则()y ,x f 在点()00,x y 处无极值.3) 若02=-B AC ,不能判定()y ,x f 在点()00,x y 处是否取得极值.2 条件极值的求法函数()y ,x f z =在满足条件()0=y ,x ϕ下极值的方法如下:1)化为无条件极值:若能从条件()0=y ,x ϕ解出y 代入()y ,x f 中,则使函数(,)z z x y =成为一元函数无条件的极值问题.2)拉格朗日乘数法作辅助函数()()()y x y x f y x F ,,,λϕ+=,其中λ为参数,解方程组求出驻点坐标()y ,x ,则驻点()y ,x 可能是条件极值点.3 最大值与最小值的求法若多元函数在闭区域上连续,求出函数在区域内部的驻点,计算出在这些点处的函数值,并与区域的边界上的最大(最小)值比较,最大(最小)者,就是最大(最小)值. 主要:1、偏导数的求法与全微分的求法;2、空间曲线的切线及空间曲面的法平面的求法3、最大值与最小值的求法三、多元函数积分学复习要点七种积分的概念、计算方法及应用如下表所示:*定积分的几何应用定积分应用的常用公式: (1)面积()()[]⎰-=dx x g x f S b a(X -型区域的面积)(2)体积()⎰=dx x A V b a (横截面面积已知的立体体积)()2b xx a V f x dx π=⎰ ((),,,0y f x x a x b y ====所围图形绕x 轴旋转所得的立体体积)()xy 2b a V x f x dx π=⋅⎰ ((),,,0y f x x a x b y ====所围图形绕y 轴旋转的立体体积)()2()b y c a V f x c dx π==-⎰ ((),,,y f x x a x b y c ====所围图形绕轴y c =旋转的立体体积)(3)弧长()()()b a b S βαθ⎧⎪⎪=⎨⎪⎪⎩⎰⎰⎰直角坐标形式参数方程形式极坐标形式 计算时注意:(1)正确选择恰当的公式;(2)正确的给出积分上下限;(3)注意对称性使问题简化;(4)注意选择恰当的积分变量以使问题简化.计算多元函数的积分时要注意利用对称性简化积分的计算: 1)、对二、三重及第一类的线面积分,若积分区域关于变量x 对称,则当被积函数关于x 为奇函数时,该积分为0,当被积函数关于变量x 为偶函数时,则该积分为相应一半区域积分的二倍.2)、对第二类的线面积分,关于积分变量的对称性理论与上相同,关于非积分变量的对称性理论与上相反.3)、若积分区域,x y的地位平等(即将表示区域的方程,x y互换不变),则将被积函数中,x y互换积分不变.此称之为轮换对称性.所以:()() ()()()()()()01()1() z z p x p yp y p x p y z u p x z ux y u uϕϕ∂∂-''+=+=''∂∂--。
高数同济版下高数(下)小结一、微分方程复习要点解微分方程时,先要判断一下方程是属于什么类型,然后按所属类型的相应解法求出其通解. 一阶微分方程的解法小结:高数同济版下二阶微分方程的解法小结:非齐次方程的特解的形式为:高数同济版下主要一阶1、可分离变量方程、线性微分方程的求解; 2、二阶常系数齐次线性微分方程的求解; 3、二阶常系数非齐次线性微分方程的特解二、多元函数微分学复习要点一、偏导数的求法 1、显函数的偏导数的求法时,应将看作常量,对求导,在求时,应将看作常量,对求导,所运用的是一元函数的求导法则与求导公式2、复合函数的偏导数的求法设,,,则,几种特殊情况: 1),,,则2),,则 3),则3、隐函数求偏导数的求法 1)一个方程的情况,设是由方程唯一确定的隐函数,则,高数同济版下或者视,由方程两边同时对 2)方程组的情况由方程组 . 两边同时对求导解出即可二、全微分的求法方法1:利用公式方法2:直接两边同时求微分,解出即可.其中要注意应用微分形式的不变性:三、空间曲线的切线及空间曲面的法平面的求法 1)设空间曲线Г的参数方程为,则当时,在曲线上对应处的切线方向向量为,切线方程为法平面方程为2)若曲面的方程为,则在点处的法向,切平面方程为法线方程为高数同济版下若曲面的方程为,则在点处的法向,切平面方程为法线方程为四、多元函数极值(最值)的求法 1 无条件极值的求法设函数在点的某邻域内具有二阶连续偏导数,由,解出驻点,记, 1)若时有极小值 2)若,则在点处无极值 3)若,不能判定在点处是否取得极值,则在点处取得极值,且当时有极大值,当2 条件极值的求法函数在满足条件下极值的方法如下: 1)化为无条件极值:若能从条件解出代入中,则使函数成为一元函数无条件的极值问题 2)拉格朗日乘数法作辅助函数,其中为参数,解方程组高数同济版下求出驻点坐标,则驻点可能是条件极值点 3 最大值与最小值的求法若多元函数在闭区域上连续,求出函数在区域内部的驻点,计算出在这些点处的函数值,并与区域的边界上的最大(最小)值比较,最大(最小)者,就是最大(最小)值. 主要1、偏导数的求法与全微分的求法;2、空间曲线的切线及空间曲面的法平面的求法3、最大值与最小值的求法三、多元函数积分学复习要点七种积分的概念、计算方法及应用如下表所示:高数同济版下高数同济版下*定积分的几何应用定积分应用的常用公式: (1)面积 (2)体积(型区域的面积)(横截面面积已知的立体体积)(所围图形绕的立体体积)(所围图形绕体体积)(所围图形绕轴的立体体积)。
高等数学下册习题常见类型
题型1求向量的坐标、模、方向角、方向余弦、数量积、向量积
题型2由已知条件求平面与直线方程
题型3计算一阶偏导数及高阶偏导数
题型4求多元复合函数的偏导数
题型5求方程所确定的隐函数的偏导数
题型6求方向导数、梯度、曲线的切线、曲面的切平面
题型7求极值、利用拉格郎日乘数法求最值
题型8利用直角坐标计算二重积分
题型9利用极坐标计算二重积分
题型10计算带绝对值的二重积分
题型11利用二重积分证明恒等式
题型12利用对称性质计算二重积分
题型13 只有一种积分次序可计算的积分
题型14利用投影法计算三重积分
题型15 利用柱坐标计算三重积分
题型16利用球坐标计算三重积分
题型17利用切片法计算三重积分
题型18利用三重积分计算立体的体积
题型19计算对弧长的曲线积分
题型20计算对面积的曲面积分
题型21计算对坐标的曲线积分
题型22利用格林公式计算对坐标的曲线积分
题型23曲线积分与路径无关及全微分求积
解:(将二次积分交换顺序)
题型24计算对坐标的曲面积分
题型25利用高斯公式计算对坐标的曲面积分
题型26可分离变量的微分方程、齐次方程题型27—阶线性微分方程题型29可降阶方程
题型30二阶常系数非齐次线性方程
第八章向量与解析几何
所有类型的积分:
①定义:四步法一一分割、代替、求和、取极限;
②性质:对积分的围具有可加性,具有线性性;
③对坐标的积分,积分区域对称与被积函数的奇偶性。
第十章级数。
第八章 向量与解析几何向量代数定义 定义与运算的几何表达在直角坐标系下的表示向量 有大小、有方向. 记作a 或AB a (,,)x y z x y z a i a j a k a a a =++=,,x x y y z z a prj a a prj a a prj a ===模向量a 的模记作aa 222x y z a a a =++和差c a b =+ c a b =-=+c a b {},,=±±±x x y y z z a b a b a b单位向量0a ≠,则a ae a=a e 222(,,)=++x y z x y z a a a a a a方向余弦设a 与,,x y z 轴的夹角分别为αβγ,,,则方向余弦分别为cos αβγ,cos ,coscos y x z a a a aaaαβγ===,cos ,coscos a e αβγ=(,cos ,cos ) 222cos 1αβγ+=+cos cos 点乘(数量积)θcos b a b a =⋅, θ为向量a 与b 的夹角z z y y x x b a b a b a ++=⋅b a叉乘(向量积)b ac ⨯=θsin b a c = θ为向量a 与b 的夹角 向量c 与a ,b 都垂直zyxz y xb b b a a a k j ib a =⨯ 定理与公式垂直 0a b a b ⊥⇔⋅= 0x x y y z z a b a b a b a b ⊥⇔++=平行//0a b a b ⇔⨯=//y zx x y za a a ab b b b ⇔==交角余弦两向量夹角余弦ba ba ⋅=θcos222222cos x x y y z zx y z x y z a b a b a b a a a b b b θ++=++⋅++投影向量a 在非零向量b 上的投影cos()b a bprj a a a b b∧⋅==222x x y y z zb x y za b a b a b prj a b b b ++=++平面直线法向量{,,}n A B C = 点),,(0000z y x M方向向量{,,}T m n p = 点),,(0000z y x M方程名称 方程形式及特征方程名称 方程形式及特征一般式0=+++D Cz By Ax一般式⎩⎨⎧=+++=+++0022221111D z C y B x A D z C y B x A法向量000((((x y z n F x F x F x =(((x y n f f x =--或00(((x y n f x f x =第九章 多元函数微分法及其应用(一) 基本概念1、 距离,邻域,内点,外点,边界点,聚点,开集,闭集,连通集,区域,闭区域,有界集,无界集。
第八章1、向量在轴上的投影:性质:ϕcos )(a a u =(即Prj u ϕcos a a =),其中ϕ为向量a与u 轴的夹角;u u u b a b a )()()( +=+(即Prj u =+)(b a Prj u a+ Prj u b );u u a a )()( λλ=(即Prj u λλ=)(a Prj u a).2、两个向量的向量积:设k a j a i a a z y x++=,k b j b i b b z y x ++=,则=⨯b ax x b a iy y b a j zz b a k=11)1(+-y y b a z zb a i +21)1(+-x x b a z zb a j +31)1(+- x x b ayyb a k=k b a b a j b a b a i b a b a x y y x z x x z y z z y)()()(-+-+-注:a b b a⨯-=⨯3、二次曲面(1) 椭圆锥面:22222z by a x =+;(2) 椭圆抛物面:z b y a x =+2222; (旋转抛物面:z a y x =+222(把把xOz 面上的抛物线z ax =22绕z 轴旋转))(3) 椭球面:1222222=++c z b y a x ; (旋转椭球面:122222=++cz a y x (把xOz 面上的椭圆12222=+cz a x 绕z 轴旋转))(4) 单叶双曲面:1222222=-+c z b y a x ; (旋转单叶双曲面:122222=-+cz a y x (把xOz 面上的双曲线12222=-cz a x 绕z 轴旋转))(5) 双叶双曲面:1222222=--c z b y a x ; (旋转双叶双曲面:122222=+-c z y a x (把xOy 面上的双曲线12222=-cz a x 绕x 轴旋转))(6) 双曲抛物面(马鞍面):z by a x =-2222;(7) 椭圆柱面:12222=+b y a x ; 双曲柱面:12222=-by a x ; 抛物柱面:ay x =24、平面方程(1) 平面的点法式方程:0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A ,其中),,(0000z y x M 是平面上一点,),,(C B A n =为平面的一个法向量.(2) 平面的一般方程:0=+++D Cz By Ax ,其中),,(C B A n =为平面的一个法向量.注:由平面的一般方程可得平面的一个法向量),,(C B A n =若D =0,则平面过原点;若⎩⎨⎧≠==轴,则平面平行于轴则平面过x D x D A 0,0,0若⎩⎨⎧≠===面,则平面平行于面,则平面表示,xOy D xOy D B A 000 (3) 平面的截距式方程:1=++czb y a x ,其中c b a ,,分别叫做平面在z y x ,,轴上的截距.5、两平面的夹角:222222212121212121cos C B A C B A C C B B A A ++⋅++++=θ特殊:0212121=++⇔C C B B A A 两平面互相垂直 212121C C B B A A ==⇔两平面互相平行或重合 6、点),,000z y x P (到平面0=+++D Cz By Ax 的距离公式:222000CB A DCz By Ax d +++++=7、空间直线方程(1) 空间直线的一般方程:⎩⎨⎧=+++=+++0022221111D z C y B x A D z C y B x A(2) 空间直线的对称式(点向式)方程:pz z n y y m x x 000-=-=-,其中),,(p n m s =为直线的一个方向向量,),,(000z y x M 为直线上一点(3) 空间直线的参数方程:⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=ptz z nt y y mt x x 0008、两直线的夹角:222222212121212121cos p n m p n m p p n n m m ++⋅++++=ϕ特殊:0212121=++⇔p p n n m m 两直线互相垂直 212121p p n n m m ==⇔两直线互相平行或重合 9、直线与平面的夹角:222222sin pn m C B A Cp Bn Am ++⋅++++=ϕ特殊:pC n B m A ==⇔直线与平面垂直 直线与平面平行或在平面内:0=++Cp Bn Am 10、平面束的方程:设直线L 由方程组⎩⎨⎧=+++=+++0022221111D z C y B x A D z C y B x A 所确定,其中222111,,,,C B A C B A 与不成比例,则平面0)(22221111=+++++++D z C y B x A D z C y B x A λ为通过直线L 的所有平面(不包含平面02222=+++D z C y B x A )第九章1、内点一定是聚点;边界点不一定是聚点2、二重极限存在是指),(y x P 以任何方式趋于),(000y x P 时,),(y x f 都无限接近于A ,因此当),(y x P 以不同方式趋于),(000y x P 时,),(y x f 趋于不同的值,那么这个函数的极限不存在3、偏导数:求x f∂∂时,只要把其他量),,( z y 看作常量而对x 求导数;求yf∂∂时,只要把其他量),,( z x 看作常量而对y 求导数; 注意:(1)偏导数都存在并不一定连续;(2)xz∂∂为整体,不可拆分;(3)分界点,不连续点处求偏导数要用定义求4、若函数),(y x f z =在点),(y x 可微分,则该函数在点),(y x 的偏导数xz∂∂、y z ∂∂必定存在,且函数),(y x f z =在点),(y x 的全微分为dy yz dx x z dz ∂∂+∂∂=5、若函数),(y x f z =的偏导数xz∂∂、y z ∂∂在点),(y x 连续,则函数在该点可微分 6、),(y x f 连续,偏导数不一定存在,偏导数存在,),(y x f 不一定连续; ),(y x f 连续,不一定可微,但可微,),(y x f 一定连续; 可微,偏导数一定存在,偏导数存在, ),(y x f 不一定可微; 可微,偏导数不一定都连续;偏导数都连续, ),(y x f 一定可微 7、多元复合函数的求导法则:(1)一元函数与多元函数符合的情形:若函数)(t u ϕ=及)(t v ψ=都在点t 可导,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)](),([t t f z ψϕ=在点t 可导,且有dtdv v z dt du u z dt dz ∂∂+∂∂= (2)多元函数与多元函数复合的情形:若函数),(y x u ϕ=及),(y x v ψ=都在点),(y x 具有对x 及对y 的偏导数,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)],(),,([y x y x f z ψϕ=在点),(y x 的两个偏导数都存在,且x v v z x u u z x z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂;yvv z y u u z y z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂ (3)其他情形:若函数),(y x u ϕ=在点),(y x 具有对x 及对y 的偏导数,函数)(y v ψ=在点y 可导,函数),(v u f z =在对应点),(v u 具有连续偏导数,则复合函数)](),,([y y x f z ψϕ=在点),(y x 的两个偏导数都存在,且xuu z x z ∂∂∂∂=∂∂;yv v z y u u z y z ∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂ 8、隐函数求导公式: (1)函数),(y x F :yx F F dx dy-= (2)函数),,(z y x F :z x F F x z -=∂∂,zy F F y z-=∂∂9、空间曲线的切线与法平面:设空间曲线Γ的参数方程为⎪⎩⎪⎨⎧===),(),(),(t z t y t x ωψϕ ],[βα∈t ),,(000z y x M 为曲线上一点 假定上式的三个函数都在],[βα上可导,且三个导数不同时为零则向量=T ))('),('),('()('0000t t t t f ωψϕ=为曲线Γ在点M 处的一个切向量,曲线Γ在点M 处的切线方程为:)(')(')('000000t z z t y y t x x ωψϕ-=-=-,法平面方程为:0))(('))(('))(('000000=-+-+-z z t y y t x x t ωψϕ 如果空间曲线Γ的方程以⎩⎨⎧==),(),(x z x y ψϕ的形式给出,则Γ在点M 处的切线方程为:)(')('100000x z z x y y x x ψϕ-=-=-, 法平面方程为:0))(('))((')(00000=-+-+-z z x y y x x x ψϕ如果空间曲线Γ的方程以⎩⎨⎧==,0),,(,0),,(z y x G z y x F 的形式给出,则Γ在点M 处的切线方程为:Myyx x M x x z z Mz z y y G F G F z z G F G F y y G F G F x x 000-=-=-法平面方程为:0)()()(000=-+-+-z z F F G F y y G F G F x x G F G F yy x x Mxx z z Mzz y y10、曲面的切平面与法线:设曲面方程为0),,(=z y x F ,),,(000z y x M 为曲面上一点,则曲面在点M 处的切平面方程为:0))(,,())(,,())(,,(000000000000=-+-+-z z z y x F y y z y x F x x z y x F z y x ,法线方程为:),,(),,(),,(0000000000z y x F z z z y x F y y z y x F x x o z o y x -=-=-11、方向导数:若函数),(y x f 在点),(000y x P 可微,那么函数在该点沿任一方向l 的方向导数存在,且 βαcos ),(cos ),(000o y x y x f y x f lf+=∂∂,其中βαcos ,cos 是方向l 的方向余弦 12、梯度:j y x f i y x f y x),(),(0000+称为函数),(y x f 在点),(000y x P 的梯度,记作),(),(000y x f y x gradf o ∇或,即),(),(000y x f y x gradf o ∇==j y x f i y x f y o x),(),(000+13、设函数),(y x f z =在点),(00y x 具有偏导数,且在点),(00y x 处有极值,则0),(,0),(0000==y x f y x f y x14、设函数),(y x f z =在点),(00y x 的某邻域里连续且有一阶及二阶偏导数,又0),(,0),(000==y x f y x f y o x ,令C y x f B y x f A y x f yy xy o xx ===),(,),(,),(00000,则),(y x f 在点),(00y x 处是否取得极值的条件如下:(1)02>-B AC 时具有极值,且当0<A 时有极大值,当0>A 时有极小值; (2)02<-B AC 时没有极值;(3)02=-B AC 时可能有极值,也有可能没有极值 15、具有二阶连续偏导数的函数),(y x f z =的极值求法:第一步:解方程组0),(,0),(==y x f y x f y x ,求得一切实数解,即可求得一切驻点;第二步:对每一个驻点),(00y x ,求出二阶偏导数的值B A ,和C ;第三步:定出2B AC -的符号,按14的结论判定),(00y x f 是不是极值,是极大值还是极小值 注:上述步骤是求........具有二阶连续偏导数的函数得情况下,那么在考虑函数极.........................值时,除了考虑函数的驻点............外,如果有偏导数不存在的点,那么对这些点也.....................要考虑...16、拉格朗日乘数法:要找函数),(y x f z =在附加条件0),(=y x ϕ下的可能极值点,可以先作拉格朗日函数),(),(),(y x y x f y x L λϕ+=,其中λ为参数.求其对x 及y 的一阶偏导数,并使之为零,然后与方程0),(=y x ϕ联立起来:⎪⎩⎪⎨⎧==+=+0),(0),(),(0),(),(y x y x y x f y x y x f y y x x ϕλϕλϕ,由这方程组解出y x ,及λ,这样得到的),(y x 就是函数),(y x f 在附加条件0),(=y x ϕ下的可能极值点第十章1、二重积分的性质性质1:设βα、为常数,则⎰⎰⎰⎰⎰⎰+=+DDDd y x g d y x f d y x g y x f σβσασβα),(),()],(),([.性质2:如果闭区域D 被有限曲线分为有限个部分闭区域,则在D 上的二重积分等于在各个部分闭区域上的二重积分之和.(二重积分对于积分区域具有可加性)性质3:如果在D 上,1),(=y x f ,σ为D 的面积,则⎰⎰⎰⎰=⋅=DDd d σσσ1性质4:如果在D 上,),,(),(y x y x f ϕ≤则有:⎰⎰⎰⎰≤DDd y x d y x f .),(),((σϕσ特殊地,由于,),(),(),(y x f y x f y x f ≤≤-则⎰⎰⎰⎰≤DDd y x f d y x f σσ),(),(.性质5:设m M ,分别是),(y x f 在闭区域D 上的最大值和最小值,σ是D 的面积,则有⎰⎰≤≤DM d y x f m σσσ),(.性质6(二重积分的中值定理):设函数),(y x f 在闭区域D 连续,σ是D 的面积,则在D 上至少存在一点),(ηξ,使得⎰⎰⋅=Df d y x f σηξσ),(),(.2、二重积分直角坐标的计算法:(1)若积分区域D 可用不等式)()(21x y x ϕϕ≤≤,b x a ≤≤(X 型)来表示,其中)(1x ϕ、)(2x ϕ在区间],[b a 上连续.则⎰⎰⎰⎰=Dx x bady y x f dx d y x f )()(21.),(),(ϕϕσ(2)若积分区域D 可用不等式)()(21x x x φφ≤≤,b y a ≤≤(Y 型)来表示,其中)(1x φ、)(2x φ在区间],[d c 上连续.则⎰⎰⎰⎰=Dx x dcdx y x f dy d y x f )()(21.),(),(φφσ注:确定次序原则:(1) 函数原则:内层积分可以积出;(2) 区域原则; (3) 少分块原则.3、二重积分极坐标的计算法:(极坐标系中的面积元素:θρρd d )若积分区域D 可用不等式)()(21x x ϕρϕ≤≤,βθα≤≤来表示,其中)(1x ϕ、)(2x ϕ在区间],[βα上连续.则:⎰⎰⎰⎰⎰⎰==βαθϕθϕρρθρθρθθρρθρθρσ)()(21)sin ,cos ()sin ,cos (),(d f d d d f d y x f DD(详见P145,146)4、确定上下限原则:(1)每层下限小于上限;(2)内层一般是与外层积分变量的有关的函数,也可以是常数; (3)外层一定为常数.5、利用被积函数的奇偶性及积分区域的对称性简化: (1)若积分区域D 关于0=x 对称,则:⎰⎰⎰⎰⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=--=-=DD y x f y x f dxdy y x f y x f y x f dxdy y x f 1),(),(,),(2),(),(,0),(当当, 其中}{0,),(),(1≥∈=x D y x y x D(2)若积分区域D 关于0=y 对称,则:⎰⎰⎰⎰⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=--=-=DD y x f y x f dxdy y x f y x f y x f dxdy y x f 1),(),(,),(2),(),(,0),(当当, 其中}{0,),(),(2≥∈=y D y x y x D 6、直角坐标三重积分的计算:(1)先一后二:若}{xy D y x y x z z y x z z y x ∈≤≤=Ω),(),,(),(),,(21,闭区域}{b x a x y y x y y x D xy ≤≤≤≤=),()(),(21,则:⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω),(),(2221),,(),,(y x z y x z y y badz z y x f dy dx dv z y x f (详见P158,159)(2)先二后一(截面法):S1:将Ω向某轴投影,如z 轴,],[21c c z ∈;S2:对],[21c c z ∈,用平行于xoy 面的平面截Ω,截出部分记为z D ; S3:计算⎰⎰zD dxdy z f )(;S4:计算⎰21),(c c dz y x F若空间区域{}21,),(),,(c z c D y x z y x z ≤≤∈=Ω,其中z D 是竖坐标为z 的平面截闭区域Ω所得到的一个平面闭区域,则:⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω21),,(),,(c c D zdxdy z y x f dz dv z y x f注:适用于被积函数只有一个变量或为常数 7、柱面坐标三重积分的计算:+∞<≤ρ0;πθ20≤≤;+∞<<∞-zρ=常数,即以z 轴为轴的圆柱面; θ=常数,即过z 轴的半平面;z =常数,即与xoy 面平行的平面⎪⎩⎪⎨⎧===z z y x θρθρsin cos 柱面坐标系中的体积元素:dz d d dv θρρ=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ=dz d d z F dxdydz z y x f θρρθρ),,(),,(,其中),sin ,cos (),,(z f z F θρθρθρ=再化为三次积分计算⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω),(),(212121),,(),,(θρθρϕϕθθθρρρθz z dz z F d d dxdydz z y x f ,其中),(1θρz ,),(2θρz 为沿z 轴穿线穿过的两个平面方程(个人理解) 8、球面坐标三重积分的计算:+∞<≤r 0,πϕ≤≤0,πθ20≤≤⎪⎩⎪⎨⎧===ϕθϕθϕcos sin sin cos sin r z r y r x球面坐标系中的体积元素:θϕϕd drd r dv sin 2=⎰⎰⎰⎰⎰⎰ΩΩ=θϕϕθϕd drd r r F dxdydz z y x f sin ),,(),,(2,其中)cos ,sin sin ,cos sin (),,(ϕθϕθϕθϕr r r f r F =,再化为三次积分计算⎰⎰⎰⎰⎰⎰=Ω212121sin ),,(),,(2),(),(θθϕϕθϕθϕϕθϕϕθdr r r F d d dxdydz z y x f r r ,其中),(1θϕr ,),(2θϕr 为沿z 轴穿线穿过的两个平面方程(个人理解)典例:求由曲面a z y x 2222≤++与22y x z +≥所围成立体体积(利用三种坐标系求解)解:a z y x 2222≤++表示球心在原点,半径为a 2的球体,22y x z +≥表示xoy 上半面圆锥体 直角坐标:3222202)12(34)2(11a dz z a dz z dxdy dz dxdy dz dv V aaaaaD a D -=-+=+==⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰Ωπππ柱面坐标:⎰⎰⎰⎰⎰⎰-Ω==aa dz d d v d V 022022ρρπρρθ球面坐标:⎰⎰⎰⎰⎰⎰==Ω402220sin ππϕϕθaodr r d d v d V十一章1、对弧长的曲线积分的计算法:设(,)f x y 在曲线弧L 上有定义且连续,L 的参数方程为()()x t y t ϕφ=⎧⎨=⎩ ,()t αβ≤≤,其中(t ϕ),)t φ(在[,]αβ上具有一阶连续导数,且22'()'()0t t ϕφ+≠,则曲线积分(,)Lf x y ds ⎰存在,且22(,)[(),()]'()'()Lf x y ds f t t t t dt βαϕφϕφ=+⎰⎰ ()αβ<同理:空间曲线Γ:()()()x t y t z t ϕφω=⎧⎪=⎨⎪=⎩222(,,)[(),(),()]'()'()'()f x y z ds f t t t t t t dt βαϕφωϕφωΓ=++⎰⎰2、对坐标的曲线积分的计算方法:设(,)P x y 、(,)Q x y 在有向曲线弧L 上有定义且连续,L 的参数方程为()()x t y t ϕφ=⎧⎨=⎩,当参数t 单调地由α变到β时,点(,)M x y 从L 的起点A 沿L 运动到终点B ,(t ϕ),)t φ(在以α及β为端点的闭区间上具有一阶连续导数,且22'()'()0t t ϕφ+≠,则曲线积分(,)(,)LP x y dx Q x y dy +⎰存在,且(,)(,){[(),()]'()[(),()]'()}LLP x y dx Q x y dy P t t t Q t t t dt ϕφϕϕφφ+=+⎰⎰(下限α对应于L 的起点,上限β对应于L 的终点)同理:空间曲线Γ:()()()x t y t z t ϕφω=⎧⎪=⎨⎪=⎩(,,)(,,)(,,){[(),(),()]'()[(),(),()]'()[(),(),()]}LLP x y z dx Q x y z dy R x y z dzP t t t t Q t t t t R t t t dtϕφωϕϕφωφϕφω++=++⎰⎰3、平面曲线L 上两类曲线积分的联系:(cos cos )LLPdx Qdy P Q ds αβ+=+⎰⎰,其中(,,),(,,)x y z x y z αβ为有向曲线弧L在点(,)x y 处的切向量方向角22'()cos '()'()t t t ϕαϕφ=+,22'()cos '()'()t t t φαϕφ=+同理:空间曲线Γ上两类曲线积分的联系:(cos cos cos )Pdx Qdy Rdz P Q R ds αβγΓΓ++=++⎰⎰4、格林公式:设闭区域D 由分段光滑曲线L 围城,函数(,)P x y 及(,)Q x y 在D 上具有一阶连续偏导数,则有()L DQ Pdxdy Pdx Qdy x y∂∂-=+∂∂⎰⎰⎰,其中L 是D 的取正向的边界曲线注:取,P y Q x =-=,则2LDdxdy xdy ydx =-⎰⎰⎰,左端表示闭区D 的面积A 的两倍,因此,12LA xdy ydx =-⎰5、设D 为单连通区域,函数(,)P x y 及(,)Q x y 在D 上具有一阶连续偏导数,则下列四个命题等价:(1)沿D 内任一条光滑曲线有(,)(,)0LP x y dx Q x y dy +=⎰(2)对D 内任一条分段光滑曲线L 曲线积分(,)(,)LP x y dx Q x y dy +⎰与路径无关(3)存在(,)u x y D ∈,使得(,)(,)du P x y dx Q x y dy =+ (4)在D 内没一点都有Q Px y∂∂=∂∂6、对面积的曲面积分的计算法:22(,,)[,,(,)]1(,)(,)xyx y D f x y z dS f x y z x y z x y z x y dxdy ∑=++⎰⎰⎰⎰22(,,)[,(,),]1(,)(,)xzx z D f x y z dS f x y x z z y x z y x z dxdz ∑=++⎰⎰⎰⎰22(,,)[(,),,]1(,)(,)yzy y D f x y z dS f x y z y z x y z x y z dydz ∑=++⎰⎰⎰⎰7、对坐标的区面积分的计算法:(,,)[,,(,)]xyD R x y z dxdy R x y z x y dxdy ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面上下侧(,,)[,(,),]zxD Q x y z dzdx Q x y z x z dzdx ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面左右侧(,,)[(,),,]xyD P x y z dydz P x x y y z dydz ∑=±⎰⎰⎰⎰,等式右端符号取决于积分曲面前后侧8、两类曲面积分之间的联系:cos cos cos )Pdydz Qdzdx Rdxdy P Q R dS αβγ∑∑++=++⎰⎰⎰⎰,其中cos ,cos ,cos αβγ时有向曲面∑在点(,,)x y z 处的法向量的方向余弦9、高斯公式:设空间闭区域Ω是由分片光滑的闭曲面∑所围城的,函数(,,)P x y z 、(,,)Q x y z 、(,,)R x y z 在Ω上具有一阶连续偏导数,则有:()(cos cos cos )P Q R dv Pdydz Qdzdx Rdxdy P Q R dSx y zαβγΩ∑∑∂∂∂++=++=++∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰10、斯托克斯公式:设Γ为分段光滑的空间有向闭曲线,∑是以Γ为边界的分片光滑的有向曲面,Γ的正向与∑的侧符合右手规则,函数(,,)P x y z 、(,,)Q x y z 、(,,)R x y z 在曲面∑(连同边界Γ)上具有一阶连续偏导数,则有:()()()R Q P R Q P dydz dzdx dxdy Pdx Qdy Rdz y z z x x yΓ∑∂∂∂∂∂∂-+-+-=++∂∂∂∂∂∂⎰⎰⎰。