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微积分学主要包括微分学和积分学两个部分,是研究极限、微分、积分和无穷级数等的一个数学分支。本质上,微积分学是一门研究连续变化的学问。
微积分学在科学、商学和工程学领域皆有广泛的应用,并成为了现代大学教育的重要组成部分,用于有效解决一些仅以代数学和几何学无法处理的问题。
微积分学于代数学和几何学的基础上建立,其中微分是指函数的局部变化率的一种线性描述,包括求导数和其运算,即一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和斜率等均可用一套通用的符号进行演绎;积分是微积分学与数学分析里的一个核心概念,包括求积分的运算,为定义和计算长度、面积、体积等提供一套通用的方法。
微积分基本定理指出,微分和不定积分互为逆运算,这也是两种理论被统一成微积分学的原因。
历史上,微积分曾经指无穷小的计算。直至现今,在更深层次的数学领域中,高等微积分学通常被称为分析学,并被定义为研究函数的科学,是高等数学的主要分支之一。相应的,微积分学又称为初等数学分析。
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极限和连续性:学习极限的概念,包括函数极限和无穷极限。理解连续函数的定义和性质,以及间断点和间断类型。
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导数与微分:了解导数的定义和性质,学习求导法则,包括常见函数的导数公式和求导规则。研究高阶导数、隐函数求导和参数方程的导数。掌握微分的概念和应用。
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积分与定积分:学习定积分的定义和性质,掌握求不定积分和定积分的基本技巧,如换元法、分部积分法和三角代换法。了解定积分的几何和物理应用。
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微分方程:研究常微分方程的解法和基本理论。了解一阶和高阶微分方程的概念、分类和解法,包括可分离变量方程、线性方程、常系数齐次方程等。
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级数:掌握泰勒级数的定义和应用,了解级数的收敛性和求和方法。学习幂级数展开和函数的泰勒展开。
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多元函数与偏导数:了解多元函数的概念和性质,学习多元函数的偏导数和混合偏导数。探索多元函数的最大值和最小值,研究约束条件下的极值问题。
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曲线积分与曲面积分:研究曲线积分和曲面积分的定义和计算方法。了解格林公式、斯托克斯定理和高斯定理等重要定理。
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级数:掌握泰勒级数的定义和应用,了解级数的收敛性和求和方法。学习幂级数展开和函数的泰勒展开。
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[domain=0:4]
\draw[very thin,color=gray] (-0.1,-1.1) grid (3.9,3.9);
\draw[->] (-0.2,0) -- (4.2,0) node[right] {$x$};
\draw[->] (0,-1.2) -- (0,4.2) node[above] {$f(x)$};
\draw[color=red] plot (\x,\x) node[right] {$f(x) =x$};
\draw[color=blue] plot (\x,{sin(\x r)}) node[right] {$f(x) = \sin x$};
\draw[color=orange] plot (\x,{0.05*exp(\x)}) node[right] {$f(x) = \frac{1}{20} \mathrm e^x$};
\end{tikzpicture}
\end{document}