数学分析讲义 第一册 中国科学技术大学 二0一八年二月
êÆ©Ûù 1þ ¥ I Æ E â Æ olc
目录 第1章极限 1 $1.1实数 1 1.1.1 整数与有理数 1 1.1.2 10进制小数 2 1.1.3 实数域 2 1.1.4 数轴 3 习题 1.1 5 61.2 数列极限 6 1.2.1 数列极限的定义 6 1.2.2 收敛数列的性质 9 1.2.3 实数完备性若干等价命题 15 1.2.4 发散到无穷大的数列 21 1.2.5 Stolz定理 22 1.2.6 上极限与下极限* 23 习题 1.2 25 $1.3函数极限 28 1.3.1 函数 28 1.3.2 函数在无穷大处的极限 33 1.3.3 函数在一点处的极限 35 1.3.4 函数极限的性质和运算 38 1.3.5 函数极限存在判别法 40 1.3.6 两个重要极限· 42 1.3.7 无穷大量与无穷小量 44 习题 1.3 48 第1章综合习题 50 第2章函数的连续性 52 2.1连续函数的基本概念 52 2.1.1连续的定义· 52 2.1.2左(右)连续与间断 53 2.1.3连续函数的运算 55 2.1.4初等函数连续性 56 习题2.1····· 59 2.2闭区间上连续函数的性质 61 2.2.1零点定理与介值定理 61
8 ¹ 1 1 Ù 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 §1.1 ¢ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 1.1.1 êk n ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 1.1.2 10 ? ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 2 1.1.3 ¢ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 2 1.1.4 ê ¶ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3 S K 1.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5 §1.2 ê 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.2.1 ê 4 ½  · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.2.2  ñ ê 5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 1.2.3 ¢ê 5 e Z d · K · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 15 1.2.4 u Ñ Ã ¡ ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 21 1.2.5 Stolz ½ n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 22 1.2.6 þ 4 e 4 * · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23 S K 1.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 25 §1.3 ¼ ê 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 28 1.3.1 ¼ ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 28 1.3.2 ¼ ê 3 à ¡? 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 33 1.3.3 ¼ ê 3 : ? 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 35 1.3.4 ¼ ê 4 5 Ú $ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 38 1.3.5 ¼ ê 4 3 O { · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 40 1.3.6 ü 4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 42 1.3.7 à ¡ þ à ¡ þ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 44 S K 1.3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 48 1 1 Ù n Ü S K · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 50 1 2 Ù ¼ ê ëY5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 52 §2.1 ë Y ¼ ê Ä V g · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 52 2.1.1 ë Y½  · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 52 2.1.2 ( m ) ë Y m ä · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53 2.1.3 ë Y ¼ ê $ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 55 2.1.4 Ð ¼ ê ëY5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 56 S K 2.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 59 §2.2 4 « m þ ë Y ¼ ê 5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 61 2.2.1 ":½ n 0 ½ n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 61
II 目 录 2.2.2有界性与最大最小值定理: 62 2.2.3一致连续性 65 习题2.2 67 第2章综合习题 68 第3章单变量函数的微分学 70 $3.1导数.· 70 3.1.1导数的定义.·.. 70 3.1.2导数的四则运算 75 3.1.3复合函数的求导法则 77 3.1.4反函数的求导法则.· 79 3.1.5基本初等函数的导数 82 3.1.6高阶导数.·······. 83 3.1.7参数方程表示函数的导数 86 习题31······· 88 S32微分.····.·…··· 92 3.2.1微分的定义 92 3.2.2微分的运算与一阶微分形式的不变性 93 习题3.2 96 $3.3微分中值定理········ 97 3.3.1 Fermat定理和Rolle定理 97 3.3.2微分中值定理 99 3.3.3导函数的介值性质 102 习题3.3·········· 104 S3.4未定式的极限.······. 107 3.4.18型未定式的极限 107 3.4.2器型未定式的极限 108 3.4.3其他类型的未定式的极限 110 习题3.4········ 113 §3.5函数的单调性和凸性 114 3.5.1函数的单调性与极值 114 3.5.2函数的凸性和拐点·· 117 3.5.3平面曲线的曲率.. 123 习题3.5 126 s3.6 Taylor展开.···· 128 3.6.1 Taylor公式 129 3.6.2余项的表示与估计 130 习题36············ 138
II 8 ¹ 2.2.2 k.5½n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 62 2.2.3 ëY5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 65 SK 2.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 67 1 2 ÙnÜSK · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 68 1 3 Ù üCþ¼ê©Æ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 70 §3.1 ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 70 3.1.1 ê½Â · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 70 3.1.2 êoK$· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 75 3.1.3 Eܼê¦{K · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 77 3.1.4 ¼ê¦{K · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 79 3.1.5 Äмêê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 82 3.1.6 pê· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 83 3.1.7 ëê§L«¼êê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 86 SK 3.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 88 §3.2 © · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 92 3.2.1 ©½Â · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 92 3.2.2 ©$©/ªØC5· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 93 SK 3.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 96 §3.3 ©¥½n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 97 3.3.1 Fermat ½nÚ Rolle ½n· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 97 3.3.2 ©¥½n · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 99 3.3.3 ¼ê05 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 102 SK 3.3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 104 §3.4 ½ª4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 107 3.4.1 0 0 .½ª4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 107 3.4.2 ∞ ∞ .½ª4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 108 3.4.3 Ù¦a.½ª4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 110 SK 3.4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 113 §3.5 ¼êüN5Úà5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 114 3.5.1 ¼êüN54 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 114 3.5.2 ¼êà5Ú$: · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 117 3.5.3 ²¡Ç· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 123 SK 3.5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 126 §3.6 Taylor Ðm · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 128 3.6.1 Taylor úª · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 129 3.6.2 {L«O · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 130 SK 3.6 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 138
亚 第3章综合习题····· 139 第4章不定积分···········… .····142 $4.1不定积分及其基本计算方法 142 4.1.1 基本概念····· 142 4.1.2换元积分法 145 4.1.3分部积分法 149 习题4.1.···…...· 151 §4.2有理函数的不定积分 153 4.2.1有理函数的不定积分 153 4.2.2三角函数有理式的不定积分 155 4.2.3其他类型的初等函数的不定积分 157 160 第5章单变量函数积分学.··· …161 S5.1积分··…······… 161 5.1.1积分的定义 161 5.1.2可积函数类 163 5.1.3 积分的初等例子: 165 5.1.4积分的基本性质 167 5.1.5微积分基本定理 170 5.1.6积分的计算 173 5.1.7用积分定义函数 178 5.1.8 Taylor展开中余项的积分表示 181 S5.2函数的可积性··· 183 5.2.1函数的可积性 183 5.2.2可积函数类有关定理和性质的证明 187 习题5.2 190 S5.3积分的应用..···· 191 5.3.1平面曲线的弧长 192 5.3.2平面图形的面积 194 5.3.3旋转体的体积·· 195 5.3.4旋转体的侧面积 196 5.3.5变力作功和引力 197 习题5.3 199 S5.4广义积分.······ 200 5.4.1无穷区间上的积分 200 5.4.2瑕积分 201
III 1 3 ÙnÜSK · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 139 1 4 ٠ؽȩ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 142 §4.1 ؽȩ9ÙÄO{ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 142 4.1.1 ÄVg· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 142 4.1.2 È©{ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 145 4.1.3 ©ÜÈ©{ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 149 SK4.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 151 §4.2 kn¼êؽȩ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 153 4.2.1 kn¼êؽȩ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 153 4.2.2 n¼êknªØ½È© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 155 4.2.3 Ù¦a.Ð¼êØ½È© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 157 SK4.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 160 1 5 Ù üCþ¼ê驮 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 161 §5.1 È© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 161 5.1.1 È©½Â · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 161 5.1.2 ȼêa · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 163 5.1.3 È©Ð~f· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 165 5.1.4 È©Ä5· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 167 5.1.5 ȩĽn· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 170 5.1.6 È©O · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 173 5.1.7 ^È©½Â¼ê· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 178 5.1.8 Taylor Ðm¥{È©L« · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 181 §5.2 ¼êÈ5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 183 5.2.1 ¼êÈ5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 183 5.2.2 ȼêak'½nÚ5y² · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 187 SK 5.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 190 §5.3 È©A^ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 191 5.3.1 ²¡l· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 192 5.3.2 ²¡ã/¡È· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 194 5.3.3 ^=NNÈ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 195 5.3.4 ^=Ný¡È· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 196 5.3.5 CåõÚÚå· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 197 SK 5.3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 199 §5.4 2ÂÈ©· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 200 5.4.1 á«mþÈ© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 200 5.4.2 ×È© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 201
IV 目 录 5.4.3广义积分的换元和分部积分 203 习题5.4···.·· 206 第5章综合习题 207 第6章常微分方程初步 211 S6.1一阶微分方程··· 213 6.1.1分离变量法 213 6.1.2齐次方程.···. 214 6.1.3一阶线性方程·。 216 6.1.4可降阶微分方程 219 习题6.1 222 S62二阶线性微分方程.···· 224 6.2.1二阶线性方程解的结构 225 6.2.2常数变易法 228 6.2.3 二阶常系数齐次线性微分方程 229 6.2.4振动方程的解* 232 习题62······ 235 第7章无穷级数 236 $71数项级数.······ 236 7.1.1基本概念与性质.······ 236 7.1.2正项级数的收敛性及其判别法 238 7.1.3一般级数的收敛性及其判别法 244 7.1.4级数的乘积.··· 249 7.1.5无穷乘积*. 252 习题7.1·.·· 253 S7.2函数项级数··· 256 7.2.1收敛性 256 7.2.2 一致收敛性 258 7.2.3 致收敛级数的性质 261 习题72··········· 263 s7.3幂级数和Taylor展式·· 265 7.3.1幂级数的收敛区域.· 265 7.3.2收敛半径的计算.··。 266 7.3.3幂级数的性质·.··. 267 7.3.4幂级数的运算 269 7.3.5函数的Tavlor展开式. 270 习题73·············· 275
IV 8 ¹ 5.4.3 2ÂȩکÜÈ© · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 203 SK 5.4 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 206 1 5 ÙnÜSK · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 207 1 6 Ù ~©§ÐÚ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 211 §6.1 ©§ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 213 6.1.1 ©lCþ{ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 213 6.1.2 àg§· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 214 6.1.3 5§ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 216 6.1.4 ü©§· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 219 SK 6.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 222 §6.2 5©§ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 224 6.2.1 5§)(· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 225 6.2.2 ~êC´{ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 228 6.2.3 ~Xêàg5©§· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 229 6.2.4 ħ)* · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 232 SK 6.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 235 1 7 ٠á?ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 236 §7.1 ê?ê· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 236 7.1.1 ÄVg5· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 236 7.1.2 ?êÂñ59ÙO{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 238 7.1.3 ?êÂñ59ÙO{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 244 7.1.4 ?ê¦È · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 249 7.1.5 á¦È* · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 252 SK 7.1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 253 §7.2 ¼ê?ê · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 256 7.2.1 Âñ5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 256 7.2.2 Âñ5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 258 7.2.3 Âñ?ê5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 261 SK 7.2 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 263 §7.3 ?êÚ Taylor Ъ· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 265 7.3.1 ?êÂñ« · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 265 7.3.2 Âñ»O· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 266 7.3.3 ?ê5 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 267 7.3.4 ?ê$ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 269 7.3.5 ¼ê Taylor Ðmª· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 270 SK 7.3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 275