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微积分

➕ 求和与乘积 — \sum\prod

  • \sum 对应希腊大写字母 Σ(Sigma),在数学中代表**求和**(summation),下标为起始值,上标为终止值
  • \prod 对应希腊大写字母 Π(Pi),代表**连乘**(product),用法与 \sum 对称
  • n! 表示阶乘(factorial),即 \(1 \times 2 \times \cdots \times n\)
\[ \sum_{i=1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2} \]
\[ \prod_{i=1}^{n} i = n! \]
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$$
\sum_{i=1}^{n} i = \frac{n(n+1)}{2}
$$

$$
\prod_{i=1}^{n} i = n!
$$

🎯 极限 — \lim

\limlimit(极限)的缩写:

  • \lim_{x \to a} 表示当 \(x\) 趋近于 \(a\) 时的极限
  • \to 生成箭头 →,读作 "tends to" 或 "approaches"
  • \infty 生成无穷符号 ∞(infinity)
\[ \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1 \]
\[ \lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n = e \]
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$$
\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1
$$

$$
\lim_{n \to \infty} \left(1 + \frac{1}{n}\right)^n = e
$$

∫ 积分 — \int

\int 来源于 integral(积分),符号形状源自拉长的字母 S,代表"summation"(求和)的连续形式:

  • \int_a^b — 定积分,_a 为下限,^b 为上限
  • \int_{-\infty}^{+\infty} — 从负无穷到正无穷的广义积分
  • \iint — 二重积分(double integral),\i = double
  • \oint — 闭合曲线积分(contour integral),圆圈 o 表示路径是闭合的
  • \,dx — 逗号 \, 产生一个细小的间距,将微分算子 \(dx\) 与被积函数隔开,提升可读性
\[ \int_a^b f(x)\,dx \]
\[ \int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2}\,dx = \sqrt{\pi} \]
\[ \iint_D f(x,y)\,dx\,dy \]
\[ \oint_C \vec{F} \cdot d\vec{r} \]
$$
\int_a^b f(x)\,dx
$$

$$
\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2}\,dx = \sqrt{\pi}
$$

$$
\iint_D f(x,y)\,dx\,dy
$$

$$
\oint_C \vec{F} \cdot d\vec{r}
$$

📈 导数 — f'\frac{dy}{dx}

导数有多种表示法,各自有不同的历史渊源:

  • f'(x)拉格朗日记法( Lagrange notation),用撇号 '(prime)表示导数
  • f''(x) — 二阶导数,两个撇号
  • \frac{dy}{dx}莱布尼茨记法(Leibniz notation),用微分之比表示导数,直观体现"变化率"
  • \frac{d^2y}{dx^2} — 二阶导数的莱布尼茨记法
  • \partial偏导数(partial derivative),源自花体 d(∂),用于多变量函数中对单个变量求导
\[ f'(x) \]
\[ f''(x) \]
\[ \frac{dy}{dx} \]
\[ \frac{d^2y}{dx^2} \]
\[ \frac{\partial z}{\partial x} \]
1
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$$ f'(x) $$

$$ f''(x) $$

$$ \frac{dy}{dx} $$

$$ \frac{d^2y}{dx^2} $$

$$ \frac{\partial z}{\partial x} $$

📊 泰勒展开 — \sum + \frac{(-1)^k}{(2k)!}

泰勒展开将函数表示为无穷级数,\(\cos x\) 的展开中交替出现正负项(\((-1)^k\)),\((2k)!\) 确保展开的是偶数阶项:

\[ \cos x = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(-1)^k}{(2k)!} x^{2k} = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots \]
1
2
3
4
$$
\cos x = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(-1)^k}{(2k)!} x^{2k}
= 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots
$$