需要记住的重要结论

反函数、隐函数、秩定理、Heine归结

Darboux 导函数介值定理、中值定理(Lagrange、Cauchy、积分)、导数极限定理、Taylor 公式(Peano、Lagrange、Cauchy、积分)、L’Hospital 法则、凸函数(在不同光滑条件下的等价定义)

一元微积分

  • Carathéodory 定义:函数 $f$ 在 $x_0$ 处可导,当且仅当存在函数 $\phi$ 在 $x_0$ 处连续,且 $$f(x)-f(x_0)=\phi(x)(x-x_0).$$
  • 一阶微分的形式不变性:对于 $y(x),x(t)$ 可导,则成立 $$\mathrm dy=y'(x(t))x'(t)\mathrm dt=y'(x)\mathrm dx.$$

不定积分公式

$$\int \sqrt {x^2\pm a^2}\mathrm dx=\frac{x}{2}\sqrt{x^2\pm a^2}\pm \frac{a^2}{2}\ln|x+\sqrt{x^2\pm a^2}|+C.$$

$$\int \csc^2x\mathrm dx=-\cot x+C.$$

积分公式

  • Legrendre 多项式、Chebyshev 多项式、Hermite 多项式、Laguerre 多项式、Bessel 函数、Gamma 函数、Beta 函数、Riemann ζ 函数

多元微积分

  • Lebesgue 定理在 $\mathbb R^n$ 的紧集上仍然成立。
  • 可求面积的定义本质是 Darboux 上下积分,同时引出的零面积集说明在积分中可以忽略 Lebesgue 零测集(真包含于零面积集)的影响。

  • 对称性。

  • 重积分换元公式。【看书】

  • Stokes 公式

Fubini

参考题(谢惠民)

例题 22.2.2 对于常义重积分,只要能找到一个合适的累次积分次序,就可以用累次积分来计算重积分,

例题 22.2.8 由于 $\cos^4\theta/\sin^4\theta$ 仍然能表示所有斜率,所以对于第一象限是双射(单射显然),所以广义极坐标变换成立。对于极坐标变换

$$\begin{pmatrix}x_1\\ x_2\\ \vdots\\ x_n\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}r\cos\alpha_1\\ r\sin\alpha_1\cos\alpha_2\\ \vdots\\ r\sin\alpha_1\cdots\sin\alpha_{n-2}\sin\alpha_{n-1}\end{pmatrix},$$

可见 $x^2_2+\cdots+x^2_n=r^2\sin^2\alpha_1$,所以归纳下去,只有 $\alpha_{n-1}\in [0,2\pi)$,其他 $\alpha_i\in [0,\pi]$.

练习题 22.2.4.14 把图画对,注意区分线段和弧,根据积分上下限、被积函数的几何意义来换元。

练习题 24.1.3.1(5) 选择最简单的参数进行参数化,避免表达式复杂。

无穷级数理论

  • Riemann 重排定理,Cauchy

  • 收敛判别法:Cauchy 收敛定理、Abel 判别法(收敛+单调有界)、Dirichlet 判别法(部分和有界+单调趋于零)

  • 绝对收敛判别法:Weierstrass 判别法(绝对收敛)

  • 一致收敛等价判别法:Cauchy 一致收敛准则、上确界判别法(求最大差距)、Abel 判别法(部分和单调一致有界)、Dirichlet 判别法(部分和一致有界、单调一致趋于零)

  • 一致收敛判别法:Weierstrass 判别法(充分条件)、Dini 判别法(紧区间、单增、部分和与极限函数连续)、对角线判别法(必要条件)

    • 端点病态:不一致收敛判别(端点连续、发散)、 一致连续命题(极限函数不连续、部分和函数连续)
  • 紧区间一致收敛判别法:Bendixom 判别法(导函数一致有界、原函数收敛)

  • Abel 求和变换

  • 单调函数的性质:单调收敛定理(有界单调函数收敛)、

参考题(谢惠民)

  • 例题 14.1.8

Fourier 分析

收敛性质

对于 $[-\pi,\pi]$ 上的可积或广义可积函数 $f$,其 Fourier 系数定义为

$$a_0=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\mathrm dx,\quad a_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\mathrm dx,\quad b_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\sin nx\mathrm dx.$$

Fourier 级数形式地定义为

$$f\sim S[f](x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}(a_n\cos nx+b_n\sin nx)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}c_ne^{inx},$$
  • 如果 $f\in [-\pi,\pi]$ 是一致收敛的三角级数,则 $S[f]=f$.
  • 求解 Fourier 系数:用三角基计算,用指数基计算,从其导函数的 Fourier 倒推(需要分解为可延拓函数)

渐进性质

几何性质