微積分的溫習
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定積分及不定積分。
不定積分是原函數的慨念;所謂f(x)是函數g(x)的原函數是指 f '(x)=g(x)。
這時記g(x) dx
= f(x) +C。
定積分基本上是指在指定的區間[a, b]內函數 y=f(x)與x軸所圍的(有符號)面積。
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b
a |
f(x) dx。 |
這個(面積)值是用極限方法來定義出來,一般要求函數f(x)是連續的,或者更簡單是黎曼可積。
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微積分基本定理(第一形式):如果函數 f(x)在閉區間[a, b]上連續,在[a,
b]上定義函數如下:
F(x)= |
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x
a |
f(t)dt |
。 |
|
|
|
|
則 函數 F在閉區間[a, b]上連續、且在開區間(a, b)上有dF/dx (x)= f(x) 。
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定積分和不定積分之間的關係是由微積分基本定理所給出:
微積分基本定理(第二形式): 如果 g(x) 的原函數存在,記為f(x),則
|
b
a |
g(x)dx = |
[ |
f(x) |
] |
b
a |
。 |
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導數:這代表某條曲線在某個點的切線之斜率,它是個實數量。
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微分: d( f(x,y) ) = fx dx + fy dy;
這其實是非常重要的慨念,dx、dy可以看成是某個向量空間的一個基(像固定x軸、y軸一樣)
。相對於這個基,當x、y分別稍為增加δx、δy後,函數f(x,y)也稍為增加;因此得到的差額依賴於x、y及δx、δy。當δy=0時,這個差額只依賴於x、y及δx,若將這個差額除δx,再令δx→0,得到的值便是函數f(x,
y)的對x的偏導分。類似地,對變量y也可作相同的討論。重要的一點:作為了一個把函數變到一個向量空間的構作(或映射),它是線性的。
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向量場:定義在n維實向量空間Rn的一個子集D上的一向量場F(x)是指一個映射
F:D→Rn。如二維平面上,一般地 向量場可以表示成 F(x,
y)= M(x, y) i + N(x, y)j,其中 M(x, y)、 N(x, y)皆是實值(分量)函數。
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線積分(功)的定義: 對於任意一條分段光滑及連續的曲線C :r(t) = x(t)i
+ y(t)j 為其參數化其中0≦t≦T,
線積分 |
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C F . T ds 定義為 |
|
T
t=0 |
[ M(x(t), y(t)) |
dx
dt |
+ N(x(t), y(t)) |
dy
dt |
]dt |
註:符號 ds表示曲線C的弧長的微分、T=T(x,y)代表曲線C在點(x,y)的單位切向量。
由於在積分號內,有參數函數x(t)、y(t)的出現,一般地,除了依賴函數M(x,y)和N(x,
y) 及起點和終點外,這個線積分的數值也依賴於曲線C的選取。
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格林定理: 假設連續二維向量場 F(x,y) = M(x,y) i +N(x,y)
的分量函數M(x,y)、N(x,y)定義在二維xy平面上的一開集Ω內,且M、N的偏導數在Ω也可定義。設C為Ω內一個局域D的邊界,且C是個分段光滑閉曲線。則線積分可以表示為二重積分:
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C |
F . T ds= |
|
D |
curl F |
dxdy |
其中curl F(x,y) =curl( M(x,y) i +N(x,y) j )=Nx-Ny代表向量場
F的旋度。
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流量(Flux):向量場F通過曲面S的流量由曲面積分
S F. n dσ,其中n是曲面S的單位法向量(假設n在曲面S上連續地變化)。
例子:流體速度場的流量等於單位時間內通過曲面S的流體的體積。
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散度定理:
可微的向量場F的流量(見上面的定義)與F的散度(divergence)div
F 之間的關係是
其中S是D的邊界。
一致收斂:
一致收斂對極限及積分號的性質
李氏條件
Weistrass M判別法
Arezela-Ascoli定理
存在性的證明(附錄二)