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2017/5/8 11:19:26來源:新航道作者:新航道
摘要:
微積分考試分為AB與BC,與AB相比,BC包含的內(nèi)容更多、難度更高。考點(diǎn)包括極限、微分、積分(不定積分、定積分)、微分方程、級(jí)數(shù)(AB無此部分)、應(yīng)用。
1極限部分
這部分是微積分的基礎(chǔ),包含:
(1)會(huì)判斷極限存在或不存在,當(dāng)極限存在時(shí),如何求出該極限
(2)利用極限刻畫函數(shù)的形態(tài)——漸近線(asymptote),研究函數(shù)的性質(zhì)——連續(xù)性(continuous)。
1.1 極限存在的判定標(biāo)準(zhǔn):左極限與右極限均存在且相等
1.2 求極限的方法
求a:先將a代入表達(dá)式,如果可以求出某一確定的數(shù)值,則該數(shù)值即為此函數(shù)的極限。
1.2.1 有理函數(shù)(rational function)
一般來說都是0/0或infinity/ infinity的形式,
求a:通過因式分解將0因子約掉。
求無窮大(infinity):分子分母同時(shí)除以該式子的最高次項(xiàng)。
另外也可用L’Hopital’sRule來做。
1.2.2 洛必達(dá)法則(L’Hopital’s Rule)
具體使用時(shí),如果所求極限是0/0或infinity/ infinity的形式,可以將分子分母兩部分分別求導(dǎo),再計(jì)算求完導(dǎo)數(shù)之后的極限。
1.2.3 等價(jià)無窮小代換
這一方法大部分國(guó)外教材與輔導(dǎo)書(James,Thomas,F(xiàn)inney,Barron)都未提及,但掌握之后會(huì)給運(yùn)算帶來相當(dāng)大的便利。
1.2.4 冪指函數(shù)
即
這種類型的函數(shù),做法是通過ln將其變換成指數(shù)型函數(shù)來進(jìn)行運(yùn)算。
1.2.5
0乘有界等于0
1.3 對(duì)于極限不存在,需要掌握左右極限不相等、無窮大和震蕩三種
1.4 極限的應(yīng)用
1.4.1 函數(shù)的連續(xù)性(continuity)
如果函數(shù)在某一點(diǎn)的極限值等于函數(shù)值,則稱該函數(shù)在這一點(diǎn)連續(xù)。判斷函數(shù)在某一點(diǎn)是否連續(xù),必須要分別考察其左極限與右極限,如果左極限與右極限相等則說明極限存在,進(jìn)而與該點(diǎn)的函數(shù)值比較,如果相等即為連續(xù),不等即為間斷。
1.4.2 間斷點(diǎn)的類型(discontinuity)
一共分為三種removable,jump,infinite
1.4.3 當(dāng)函數(shù)在某一閉區(qū)間上連續(xù)時(shí),則有三個(gè)定理
(1) The extremevalue theorem (EVT)
(2) Theintermediate value theorem (IVT)
(3) The zeropoint theorem (Bolzano theorem)
1.4.4 漸近線(asymptote)
分為水平(horizontal)與垂直(vertical)。
其中水平的求法是分別求兩個(gè)infinity的極限,如果存在則可判定有水平漸近線。
垂直的求法是求某一點(diǎn)的極限,如果該極限等于無窮(infinity),則可判定通過在這一點(diǎn)存在垂直漸近線。
水平(horizontal):
垂直(vertical):
2導(dǎo)數(shù)與微分
這一部分的核心在于如何求出一個(gè)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)及導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用。2.1 導(dǎo)數(shù)與微分的定義
簡(jiǎn)單來說,導(dǎo)數(shù)是切線的斜率(slope),微分是切線的改變量。
2.2 求函數(shù)不同表示形式的導(dǎo)數(shù)
顯函數(shù),反函數(shù),復(fù)合函數(shù),隱函數(shù),參數(shù)方程,極坐標(biāo)
2.2 高階導(dǎo)數(shù) 要注意的一點(diǎn)以哪個(gè)變量為基準(zhǔn)求導(dǎo)數(shù),默認(rèn)是x,但也有特殊情況,如respectto sinx,則是將sinx看成一個(gè)整體進(jìn)行求解。
它是在導(dǎo)數(shù)的基礎(chǔ)之上再求一次導(dǎo)數(shù),常用的是二階導(dǎo)數(shù)(second derivative)
2.3 導(dǎo)數(shù)的直接應(yīng)用
導(dǎo)數(shù)的直接應(yīng)用是求切線和法線。
求切線的時(shí)候需要注意的是所給的點(diǎn)是否在已知曲線上,如果在則可直接求導(dǎo)代數(shù)求出切線斜率(slope),如果不在則需要先設(shè)出切點(diǎn),而后通過解方程的形式把切點(diǎn)和斜率解出來,從而得出切線。
2.4 可導(dǎo)與連續(xù)
在某一點(diǎn)可導(dǎo)必然連續(xù),而連續(xù)則不一定可導(dǎo)。
2.5 中值定理(mean value theorem)
從幾何圖形上來看,當(dāng)函數(shù)在閉區(qū)間上連續(xù)、開區(qū)間內(nèi)可導(dǎo)時(shí),必然存在一點(diǎn)c使得過c點(diǎn)切線的斜率等于端點(diǎn)連線的斜率。
利用中值定理可以對(duì)函數(shù)進(jìn)行估值和給導(dǎo)數(shù)估值。
3導(dǎo)數(shù)與微分的應(yīng)用
3.1 函數(shù)與導(dǎo)數(shù)的關(guān)系
函數(shù)的增減性可由一階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)來判斷,凹凸性可由二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)來判斷。
3.2 駐點(diǎn)與拐點(diǎn)(critical and inflection point)
不同的教材對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)的定義不同,我們這里采用比較通用的
3.3 求函數(shù)在某一閉區(qū)間上的max and min
極值(local/relativemaximum and minimum):鄰域內(nèi)最大或最小
最值(global/absolutemaximum and minimum):整個(gè)區(qū)間內(nèi)最大或最小
對(duì)local來說,步驟如下:
(1)求出一階導(dǎo)數(shù)等于0和不存在的點(diǎn)
(2)利用一階導(dǎo)數(shù)是否改變符號(hào)和二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)來判定。
對(duì)global來說,步驟如下:
(1)求出一階導(dǎo)數(shù)等于0和不存在的點(diǎn)
(2)求出所有的函數(shù)值,最大的即為global max,最小的即為global min。
3.4 物理應(yīng)用:運(yùn)動(dòng)
運(yùn)動(dòng)分為直線運(yùn)動(dòng)與平面運(yùn)動(dòng),最原始變量為位置函數(shù),由位置函數(shù)來定義位移(displacement)和路程(distance),在位移(displacement)的基礎(chǔ)上定義速度(velocity)和速率(speed),在速度的基礎(chǔ)上定義加速度(acceleration)。
平面運(yùn)動(dòng)的位置函數(shù)用向量(vector)來表示,因此后面所有的變量都是向量的形式。
直線運(yùn)動(dòng)的主要問題
(1)求加速與減速區(qū)間
(2)求在哪一時(shí)刻改變運(yùn)動(dòng)的方向
(3)求某一時(shí)間段內(nèi)的路程(distance)
平面運(yùn)動(dòng)的主要問題
(1)速度向量、速率和加速度向量
(2)求某一時(shí)間段內(nèi)的位移(displacement)和路程(distance)
3.5 相關(guān)變化率
這一部分是應(yīng)用題,現(xiàn)實(shí)生活中的某一個(gè)量隨時(shí)間變化而變化,進(jìn)而求:
(1)某一時(shí)刻該量的瞬時(shí)變化率
(2)某一時(shí)間段內(nèi)平均變化率
(3)某一時(shí)間段內(nèi)的累積量(積分的應(yīng)用)
4不定積分和定積分
4.1
與導(dǎo)數(shù)類似,不定積分這一部分主要是它的求法,基本的積分公式與運(yùn)算必須非常熟練。
(1)換元法(substitution):將被積函數(shù)的某一部分用另外的變量代替,從而將被積函數(shù)化簡(jiǎn),使用積分基本公式得出結(jié)果。
(2)分部積分法(integral by parts):適用于求兩類不同函數(shù)乘積的積分,核心是通過交換來改變被積函數(shù),從而將難求的變成容易求的。
(3)有理函數(shù)積分:對(duì)于分母是1次和2次的形式有固定的套路,掌握即可。
4.2 定積分
1.黎曼和(Riemann sum)
使用近似逼近的方式來求面積,常用的是左端點(diǎn)、右端點(diǎn)、中點(diǎn)、梯形來做估計(jì),步驟如下
(1)將區(qū)間等分成n份(也可不等分)
(2)按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則求出每一部分的面積
(3)加總。
利用黎曼和對(duì)定積分或面積進(jìn)行估值,需要比較估計(jì)值和真實(shí)值的大小,可比較的是左端點(diǎn)、右端點(diǎn)和梯形三種估計(jì)方法,中點(diǎn)由于大小不易確定,較少出現(xiàn)。
黎曼積分則是在加總之后求極限,那么該極限值應(yīng)該等于圖形面積的真實(shí)值,也就是定積分的值(黎曼可積)。
2.求定積分的基本方法
牛頓-萊布尼茨公式,使用該公式時(shí)先求不定積分,再代入數(shù)值,因此不定積分的方法都可以在這里使用。但是需要注意的是,使用換元法的時(shí)候,變量的取值范圍會(huì)發(fā)生變化。
3.求定積分的特殊方法
(1)對(duì)于某些規(guī)則圖形(三角形、圓等)可用其幾何意義直接算出面積,再利用定積分和面積之間的關(guān)系來求
(2)利用奇函數(shù)和偶函數(shù)的性質(zhì)來求。
4.積分中值定理
求函數(shù)在某一個(gè)區(qū)間上的平均值或積分中值,使用如下公式即可。
5.變限積分
當(dāng)被積函數(shù)確定時(shí),積分值會(huì)隨著積分區(qū)間的變化而變化,因此可將積分值看做積分區(qū)間的函數(shù),其中需要掌握的是變限積分的求導(dǎo)。
6.反常積分(improper integral)
當(dāng)積分區(qū)間不是有限區(qū)間(即包含無窮大)或積分區(qū)間會(huì)使被積函數(shù)為無界的時(shí)候,求積分需要用到極限,如果極限存在,則稱積分收斂(converge),不存在則稱為發(fā)散(diverge)。
5定積分的應(yīng)用
求面積、體積、弧長(zhǎng)
5.1 面積
求平面曲線圍成的平面圖形的面積,一般來說是給定一條或若干條曲線,求它與x軸、y軸或其他直線或曲線圍成圖形的面積。
對(duì)于直角坐標(biāo)系,使用定積分的幾何意義來求,但需要注意的是面積永遠(yuǎn)是正數(shù),而積分值有正有負(fù),因此當(dāng)函數(shù)大小關(guān)系或區(qū)間的邊界發(fā)生變化時(shí),要注意區(qū)別對(duì)待。
5.2 極坐標(biāo)求面積
面積公式與直角坐標(biāo)不同,特別需要注意的是積分的范圍,如果不好判斷,可用半徑來反求角的范圍。
5.3 體積:
求平行截面面積已知的立體圖形的體積和旋轉(zhuǎn)體體積,第一種圖形對(duì)截面面積求積分可得體積,第二種圖形有兩種求法,第一種也是對(duì)截面面積求積分,不過要注意旋轉(zhuǎn)截面是實(shí)心圓還是圓環(huán),第二種是利用shell來求,掌握好展開后的圓柱殼的長(zhǎng)寬高即可。
5.3 弧長(zhǎng)
弧長(zhǎng)公式用四種,一般來說在考試中如果是不允許使用計(jì)算器的部分,只會(huì)要求考生列出計(jì)算公式,不要求算出數(shù)值,而允許使用計(jì)算器的部分則可利用計(jì)算器來計(jì)算弧長(zhǎng)的數(shù)值。
6微分方程
6.1 解微分方程:
對(duì)變量可分離的微分方程,解法是將x和y分離后,等式兩邊同時(shí)求積分。
6.2 斜率場(chǎng)(slope field)
根據(jù)微分方程原函數(shù)每一點(diǎn)切線斜率計(jì)算出來,而后將與該點(diǎn)切線斜率相同的線段畫在坐標(biāo)系中,由此所形成的圖形即為斜率場(chǎng)。斜率場(chǎng)所描繪出的圖形即為微分方程的解。
6.3 增長(zhǎng)模型
分為三種:
指數(shù)型增長(zhǎng)(exponentialgrowth)
有限制的增長(zhǎng)(restrictedgrowth)
邏輯斯蒂增長(zhǎng)(logisticgrowth)
6.4 歐拉估值(Euler’s method)
多次使用中值定理進(jìn)行估值,此時(shí)c不再任取,而是固定取每一步的起始值。
7級(jí)數(shù)(series)
級(jí)數(shù)共分為三部分:
無窮級(jí)數(shù)(infiniteseries)、冪級(jí)數(shù)(powerseries)、泰勒級(jí)數(shù)(Taylorseries)。
7.1 無窮級(jí)數(shù)
分為正項(xiàng)級(jí)數(shù)(positive)、交錯(cuò)級(jí)數(shù)(alternating)。
這部分的核心是如何判斷一個(gè)級(jí)數(shù)是收斂(converge)還是發(fā)散(diverge)。
1 正項(xiàng)級(jí)數(shù)(positive)
判別法有三類五種,分別是積分(integral)、比值與根值(ratio and root)、比較及極限(comparison and limit comparison)。
2 交錯(cuò)級(jí)數(shù)(alternating)
萊布尼茨準(zhǔn)則(Leibniz)
收斂(converge)分為絕對(duì)收斂(absolute converge)和條件收斂(conditional converge)。
3 判定順序
(1)將級(jí)數(shù)加絕對(duì)值取正
(2)對(duì)通項(xiàng)求極限,若極限不等于0,則可判定為發(fā)散,若等于0,則(2.1)利用積分(integral)、比值與根值(ratio and root)、比較及極限(comparison and limit comparison)判定,若收斂,則原級(jí)數(shù)絕對(duì)收斂,若發(fā)散,則(2.1.1)若原級(jí)數(shù)為交錯(cuò)級(jí)數(shù),利用萊布尼茨準(zhǔn)則判斷,若收斂,則為條件收斂,否則為發(fā)散。
7.2 冪級(jí)數(shù)
利用比值法求出收斂半徑(radius of convergence)和收斂區(qū)間(收斂域)(interval of convergence)。
冪級(jí)數(shù)的性質(zhì):
冪級(jí)數(shù)在收斂區(qū)間內(nèi)(1)連續(xù)(2)可微(3)可積。
7.3 泰勒級(jí)數(shù)
(1)將函數(shù)展開為泰勒級(jí)數(shù)
(2)求泰勒級(jí)數(shù)的和函數(shù)。
AB與BC考點(diǎn)對(duì)比
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