diff --git a/docs/sop/digital-circuit-notes.md b/docs/sop/digital-circuit-notes.md new file mode 100644 index 0000000..e69eb2d --- /dev/null +++ b/docs/sop/digital-circuit-notes.md @@ -0,0 +1,107 @@ +--- +title: 数字电路笔记 +date: 2025-01-20 15:00:00 +descriptionHTML: ' +纯情男大自用数字电路基础笔记 +' +tags: + - 笔记 + - 数字电路 +sidebar: true +readingTime: true +hidden: false +--- + + + +
+ +## 前言 + +
+ + +  本笔记是数字电路课程的完整学习资料,系统介绍了数字电路的基础理论、分析方法和设计技术。从基本的逻辑门电路到复杂的时序电路,从理论分析到实际应用,为学习者提供了全面而深入的数字电路知识体系。 + + +
+ +## 课程内容概览 + +
+ +  数字电路是电子工程、计算机科学等专业的重要基础课程,本笔记涵盖以下核心内容: + +### 📚 主要章节 + +
+ +#### 第一部分:数字逻辑基础 +- **数制与编码** + - 二进制、八进制、十六进制 + - BCD码、格雷码 + - 数制转换方法 + +- **逻辑代数基础** + - 布尔代数基本定律 + - 逻辑函数的表示方法 + - 逻辑函数的化简 + +#### 第二部分:组合逻辑电路 +- **基本逻辑门** + - 与门、或门、非门 + - 与非门、或非门、异或门 + - 逻辑门的电气特性 + +- **组合逻辑电路分析与设计** + - 组合电路的分析方法 + - 组合电路的设计流程 + - 典型组合电路应用 + +#### 第三部分:时序逻辑电路 +- **触发器** + - RS触发器、JK触发器 + - D触发器、T触发器 + - 触发器的应用 + +- **时序电路分析与设计** + - 时序电路的基本概念 + - 状态图与状态表 + - 时序电路的设计方法 + +#### 第四部分:数字系统设计 +- **计数器与寄存器** + - 二进制计数器 + - 十进制计数器 + - 移位寄存器 + +- **数字系统综合设计** + - 数字系统设计方法 + - 可编程逻辑器件 + - 数字系统的测试与调试 + +
+ +
+ +## 资料下载 + +
+ +### 📥 下载链接 + +
+ +#### Markdown源码版本 +- **文件名**:数字电路基础.md +- **文件大小**:约 80KB +- **格式**:Markdown格式,包含电路图和真值表 +- **特点**:支持在线编辑,便于添加个人笔记 +- **下载链接**:[点击下载源码版本](/otherdocs/数字电路/数字电路基础.md) + +#### PDF版本 +- **文件名**:数字电路基础.pdf +- **文件大小**:约 3MB +- **格式**:PDF格式,包含完整的电路图和公式 +- **特点**:排版精美,适合打印和阅读 +- **下载链接**:[点击下载PDF版本](/otherdocs/数字电路/数字电路基础.pdf) diff --git a/docs/sop/linear-algebra-notes.md b/docs/sop/linear-algebra-notes.md new file mode 100644 index 0000000..31876fb --- /dev/null +++ b/docs/sop/linear-algebra-notes.md @@ -0,0 +1,121 @@ +--- +title: 高等代数笔记 +date: 2025-01-20 14:30:00 +descriptionHTML: ' +高等代数完整笔记,涵盖七个章节的详细内容,包含理论推导和习题解答,提供Markdown源码和PDF版本下载 +' +tags: + - 数学 + - 笔记 +sidebar: true +readingTime: true +hidden: false +--- + +# 高等代数笔记 + +
+ +## 前言 + +
+ + +  本笔记是高等代数课程的完整学习资料,涵盖了高等代数的核心内容,从基础的线性方程组到高级的二次型理论。笔记按章节整理,每章都有详细的理论推导、定理证明和典型例题,是学习高等代数的优质参考资料。 + + +
+ +## 笔记章节概览 + +
+ +  本高等代数笔记共分为七个章节,每章都有独立的Markdown源码和PDF文件: + +### 📖 章节目录 + +
+ +#### 第一章:线性方程组 +- 线性方程组的基本概念 +- 高斯消元法 +- 矩阵的初等变换 +- 线性方程组解的结构 + +#### 第二章:矩阵 +- 矩阵的基本运算 +- 矩阵的逆 +- 分块矩阵 +- 矩阵的秩 + +#### 第三章:向量空间 +- 向量空间的定义 +- 线性相关与线性无关 +- 基与维数 +- 坐标变换 + +#### 第四章:线性变换 +- 线性变换的定义与性质 +- 线性变换的矩阵表示 +- 特征值与特征向量 +- 对角化理论 + +#### 第五章:多项式 +- 多项式的基本理论 +- 最大公因式 +- 因式分解 +- 有理函数 + +#### 第六章:矩阵的标准形 +- 相似矩阵 +- Jordan标准形 +- 最小多项式 +- 矩阵函数 + +#### 第七章:二次型 +- 二次型的基本概念 +- 二次型的标准形 +- 正定二次型 +- 二次型的应用 + +
+ +
+ +## 资料下载 + +
+ +### 📥 分章节下载 + +
+ +#### 第一章:线性方程组 +- **Markdown源码**:[高等代数第一章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第一章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.pdf) + +#### 第二章:矩阵 +- **Markdown源码**:[高等代数第二章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第二章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.pdf) + +#### 第三章:向量空间 +- **Markdown源码**:[高等代数第三章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第三章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.pdf) + +#### 第四章:线性变换 +- **Markdown源码**:[高等代数第四章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第四章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.pdf) + +#### 第五章:多项式 +- **Markdown源码**:[高等代数第五章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第五章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.pdf) + +#### 第六章:矩阵的标准形 +- **Markdown源码**:[高等代数第六章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第六章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.pdf) + +#### 第七章:二次型 +- **Markdown源码**:[高等代数第七章.md](/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.md) +- **PDF版本**:[高等代数第七章.pdf](/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.pdf) + + diff --git a/docs/sop/math-analysis-notes.md b/docs/sop/math-analysis-notes.md new file mode 100644 index 0000000..8b882ac --- /dev/null +++ b/docs/sop/math-analysis-notes.md @@ -0,0 +1,87 @@ +--- +title: 数学分析笔记 +date: 2025-01-20 14:00:00 +descriptionHTML: ' +数学分析完整笔记,包含详细的理论推导和习题解答,提供Markdown源码和PDF版本下载 +' +tags: + - 数学 + - 笔记 +sidebar: true +readingTime: true +hidden: false +--- + +# 数学分析笔记 + +
+ +## 前言 + +
+ + +  本笔记是数学分析课程的完整学习资料,涵盖了数学分析的核心内容,包括极限理论、连续性、微分学、积分学等重要章节。笔记内容详实,理论推导严谨,适合数学专业学生和数学爱好者学习参考。 + + +
+ +## 笔记内容概览 + +
+ +  本数学分析笔记包含以下主要内容: + +### 主要章节 + +- **第一章:实数理论与数列极限** + - 实数的完备性 + - 数列极限的定义与性质 + - 单调有界定理 + +- **第二章:函数极限与连续性** + - 函数极限的定义 + - 连续函数的性质 + - 一致连续性 + +- **第三章:导数与微分** + - 导数的定义与几何意义 + - 求导法则 + - 微分中值定理 + +- **第四章:积分理论** + - 定积分的定义 + - 牛顿-莱布尼茨公式 + - 积分技巧与应用 + +- **第五章:级数理论** + - 数项级数 + - 幂级数 + - 傅里叶级数 + +- **第六章:多元函数微积分** + - 偏导数与全微分 + - 多重积分 + - 向量分析 + +
+ +## 资料下载 + +
+ +### 📥 下载链接 + +
+ +#### Markdown源码版本 +- **文件名**:数学分析完整笔记.md +- **文件大小**:约 150KB +- **格式**:Markdown格式,支持数学公式渲染 +- **下载链接**:[点击下载源码版本](/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.md) + +#### PDF版本 +- **文件名**:数学分析完整笔记.pdf +- **文件大小**:约 2MB +- **格式**:PDF格式,适合打印和阅读 +- **下载链接**:[点击下载PDF版本](/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.pdf) diff --git a/docs/sop/vllm-learning-notes-1.md b/docs/sop/vllm-learning-notes-1.md new file mode 100644 index 0000000..edf9437 --- /dev/null +++ b/docs/sop/vllm-learning-notes-1.md @@ -0,0 +1,270 @@ +--- +title: vllm学习笔记1 +date: 2025-09-06 23:00:00 # 发布日期和时间,格式:YYYY-MM-DD HH:MM:SS +descriptionHTML: ' +学习笔记:ray介绍,vllm的作用和主要运行方式 +' +tags: # 文章标签列表,用于分类和搜索 + - AI + - 笔记 +sidebar: true # 是否显示侧边栏:true显示,false隐藏 +readingTime: true # 是否显示阅读时间:true显示,false隐藏 +sticky: 0 # 精选文章设置:值越大在首页展示越靠前,0表示不精选 +recommend: false +--- + +# vLLM学习笔记1 - Ray与vLLM架构深入理解 + +> **版本说明**: 本文基于 vLLM 0.2.7 版本进行分析 +> **源码位置**: 相关代码主要位于 `vllm/engine/` 和 `vllm/worker/` 目录下 + +## Ray框架介绍 + +### Ray是什么 + +Ray是一个开源的分布式计算框架,专门为机器学习和AI工作负载设计。它提供了简单的API来构建和运行分布式应用程序。 + +### Ray中的有状态和无状态 + +#### 无状态服务 +- **特点**: 每次请求都是独立的,不依赖之前的状态 +- **示例**: HTTP API服务,每个请求处理完就结束 + +#### 有状态(Worker)服务 +- **特点**: 需要维护内部状态,请求之间有依赖关系 +- **优势**: 可以缓存数据,避免重复计算 +- **示例**: 数据库连接池,模型推理服务(需要保持模型在内存中) + +在vLLM中,Worker节点就是典型的**有状态服务**,因为它们需要: +- 在内存中保持加载的模型 +- 维护KV Cache状态 +- 跟踪正在处理的请求状态 + +## vLLM的作用与价值 + +### 主要作用 +1. 专门优化大语言模型的推理速度 +2. 通过PagedAttention技术显著减少内存占用 +3. 支持动态批处理,提高GPU利用率 +4. 支持多GPU和多节点部署 + +### 核心优势 +- **PagedAttention**: 将注意力机制的KV Cache分页管理,类似操作系统的虚拟内存 +- **连续批处理**: 动态调整批大小,无需等待整个批次完成 +- **零拷贝**: 减少不必要的数据复制操作 + +### KV Cache显存分配机制 + +在传统的Transformer推理中,KV Cache需要预先分配连续的显存空间,这会造成大量的内存浪费。vLLM通过PagedAttention技术,将KV Cache分割成固定大小的block块进行管理。 + +#### Block分配原理 +#### + +```mermaid +graph TB + subgraph "GPU显存空间" + subgraph "KV Cache Pool" + B1["Block 1
16 tokens
状态: 已分配"] + B2["Block 2
16 tokens
状态: 已分配"] + B3["Block 3
16 tokens
状态: 空闲"] + B4["Block 4
16 tokens
状态: 空闲"] + B5["Block 5
16 tokens
状态: 已分配"] + B6["Block 6
16 tokens
状态: 空闲"] + end + + subgraph "模型权重" + MW["Model Weights
固定占用"] + end + end + + subgraph "请求管理" + R1["Request 1
Seq ID: 001
长度: 25 tokens"] + R2["Request 2
Seq ID: 002
长度: 18 tokens"] + end + + subgraph "Block映射表" + BT["Block Table
Seq 001: [Block1, Block2]
Seq 002: [Block5]
Free: [Block3, Block4, Block6]"] + end + + R1 --> B1 + R1 --> B2 + R2 --> B5 + + BT --> B1 + BT --> B2 + BT --> B5 + + style B1 fill:#ff9999,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style B2 fill:#ff9999,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style B5 fill:#ff9999,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style B3 fill:#99ff99,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style B4 fill:#99ff99,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style B6 fill:#99ff99,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style MW fill:#cce5ff,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style R1 fill:#fff2cc,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style R2 fill:#fff2cc,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 + style BT fill:#f0f0f0,stroke:#333,stroke-width:2px,color:#000 +``` + +#### 关键特性说明 + +1. **固定Block大小**: 每个Block通常包含16个token的KV Cache +2. **动态分配**: 根据序列长度动态分配所需的Block数量 +3. **非连续存储**: Block在物理内存中可以不连续,通过映射表管理 +4. **高效回收**: 请求完成后立即回收Block,供其他请求使用 + +#### 内存利用率对比 + +| 方案 | 内存预分配 | 实际使用率 | 浪费率 | +|------|------------|------------|--------| +| 传统方案 | 最大序列长度 | 20-30% | 70-80% | +| PagedAttention | 按需分配 | 90-95% | 5-10% | + +#### Block管理的具体流程 + +```python +# 位置: vllm/core/block_manager.py +class BlockManager: + def allocate_blocks(self, sequence_length): + """为序列分配所需的Block""" + blocks_needed = math.ceil(sequence_length / self.block_size) + allocated_blocks = [] + + for _ in range(blocks_needed): + if self.free_blocks: + block = self.free_blocks.pop() + allocated_blocks.append(block) + else: + # 内存不足,触发抢占机制 + self.preempt_sequences() + + return allocated_blocks + + def free_blocks(self, sequence_id): + """释放序列占用的Block""" + blocks = self.sequence_to_blocks[sequence_id] + self.free_blocks.extend(blocks) + del self.sequence_to_blocks[sequence_id] +``` + +这种设计的优势: +- **内存碎片化最小**: 固定大小的Block避免了内存碎片 +- **动态扩展**: 序列可以根据需要动态申请更多Block +- **共享机制**: 多个序列可以共享相同的prefix Block(如系统提示词) + +## vLLM运作方式详解 + +### 整体架构流程 + +``` +用户请求 → LLMEngine → Scheduler → Workers → GPU推理 → 结果返回 +``` + +### 详细运作步骤 + +1. `LLMEngine`接收用户的文本生成请求 +2. `Scheduler`决定哪些请求可以被处理 +3. 为请求分配GPU内存和计算资源 +4. 多个`Worker`并行执行推理任务 +5. 收集各Worker的输出并返回给用户 + +## 调度器(Scheduler)详解 + +### 调度器的核心职责 + +调度器是vLLM的"大脑",主要负责: + +#### 1. 请求管理 +```python +# 位置: vllm/engine/llm_engine.py +class LLMEngine: + def __init__(self): + self.scheduler = Scheduler(...) +``` + +#### 2. 资源调度策略 +1. 跟踪可用的GPU内存 +2. 决定哪些请求可以组成一个批次 +3. 根据请求的优先级和到达时间排序 + + +### 调度算法核心逻辑 + +```python +# 简化的调度逻辑示例 +def schedule_requests(self): + # 1. 检查可用资源 + available_memory = self.get_available_memory() + + # 2. 选择可执行的请求 + executable_requests = [] + for request in self.waiting_requests: + if self.can_allocate(request, available_memory): + executable_requests.append(request) + + # 3. 返回调度结果 + return executable_requests +``` + +## Worker的作用与机制 + +### Worker的核心功能 + +Worker是vLLM的"执行者",每个Worker负责: + +#### 1. 模型加载与管理 +```python +# 位置: vllm/worker/worker.py +class Worker: + def __init__(self): + self.model_runner = ModelRunner(...) + self.cache_engine = CacheEngine(...) +``` + +#### 2. 推理执行 +- **前向传播**: 执行模型的前向计算 +- **KV缓存管理**: 管理注意力机制的键值缓存 +- **内存分配**: 为每个请求分配必要的内存空间 + +#### 3. 状态维护 +- **请求状态跟踪**: 记录每个请求的处理进度 +- **缓存状态管理**: 维护PagedAttention的页面状态 +- **错误处理**: 处理推理过程中的异常情况 + +### Worker的工作流程 + +1. **初始化**: 加载模型权重,初始化缓存引擎 +2. **接收任务**: 从调度器接收批处理任务 +3. **执行推理**: 并行处理批次中的所有请求 +4. **返回结果**: 将推理结果返回给引擎 + +## 关键代码文件位置 + +### 主要源码文件结构 + +``` +vllm/ +├── engine/ +│ ├── llm_engine.py # 主引擎,协调整个推理流程 +│ └── async_llm_engine.py # 异步版本的引擎 +├── core/ +│ ├── scheduler.py # 调度器核心逻辑 +│ └── block_manager.py # 内存块管理器 +├── worker/ +│ ├── worker.py # Worker基类实现 +│ └── model_runner.py # 模型运行器 +└── attention/ + └── backends/ # PagedAttention实现 +``` + +### 重要文件说明 + +- **`vllm/engine/llm_engine.py`**: 整个系统的入口点和协调中心 +- **`vllm/core/scheduler.py`**: 实现了复杂的请求调度算法 +- **`vllm/worker/worker.py`**: Worker的具体实现逻辑 +- **`vllm/core/block_manager.py`**: PagedAttention的内存管理实现 + +## 总结 + +vLLM通过Ray框架实现分布式推理,采用有状态的Worker设计来保持模型和缓存状态。其核心创新在于PagedAttention技术和智能调度系统,大幅提升了大语言模型的推理效率和资源利用率。 + diff --git a/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.md b/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.md new file mode 100644 index 0000000..089a9a8 --- /dev/null +++ b/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.md @@ -0,0 +1,1450 @@ +**Copyright © 2024 Simon** + +# 数学分析完整笔记 + +# 第一章 序章 + +* 暂无 + +# 第二章 函数 + +* 反函数 + +## 三角函数和反函数 + +**倒数关系:** + +$$ +\cos\theta \cdot \sec\theta = 1 +$$ + +$$ +\sin\theta \cdot \csc\theta = 1 +$$ + +$$ +\tan\theta \cdot \cot\theta = 1 +$$ + +**商数关系:** + +$$ +\tan\theta = \frac{\sin\theta}{\cos\theta} +$$ + +$$ +\cot\theta = \frac{\cos\theta}{\sin\theta} +$$ + +**平方关系:** + +$$ +\sin^{2}\theta + \cos^{2}\theta = 1 +$$ + +$$ +1 + \tan^{2}\theta = \sec^{2}\theta +$$ + +$$ +1 + \cot^{2}\theta = \csc^{2}\theta +$$ + +**积化和差公式:** + +$$ +sin\alpha\cos\beta=\frac{1}{2}[\ \sin(\alpha + \beta)+\sin(\alpha-\beta)] +$$ + +$$ +cos\alpha\sin\beta=\frac{1}{2}[\ \sin(\alpha + \beta)-\sin(\alpha-\beta)] +$$ + +$$ +cos\alpha\cos\beta=\frac{1}{2}[\ \cos(\alpha + \beta)+\cos(\alpha-\beta)] +$$ + +$$ +sin\alpha\sin\beta=-\frac{1}{2}[\ \cos(\alpha + \beta)-\cos(\alpha-\beta)] +$$ + +**和差化积:** + +1. **正弦函数的和差化积公式:** + + $$ + sin\alpha+\sin\beta = 2\sin\frac{\alpha + \beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2} + $$ + + $$ + sin\alpha-\sin\beta = 2\cos\frac{\alpha + \beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2} + $$ +2. **余弦函数的和差化积公式:** + + $$ + cos\alpha+\cos\beta = 2\cos\frac{\alpha + \beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2} + $$ + + $$ + cos\alpha-\cos\beta=2\sin\frac{\alpha + \beta}{2}\sin\frac{\alpha-\beta}{2} + $$ + +### 三角函数 + +* **余切函数**: + 定义: + + $$ + \cot\theta = \frac{\cos\theta}{\sin\theta} + $$ + + 在直角三角形中 + + $$ + \cot\theta = \frac{邻边}{对边} + $$ + + 值域:$R$,定义域:$\theta \neq k\pi, k \in Z$ +* **正割函数**: + 定义: + + $$ + \sec\theta = \frac{1}{\cos\theta} + $$ + + 值域:$(-\infty, 1]\cup[1,\infty)$,定义域:$\displaystyle \theta \neq k\pi + \frac{\pi}{2}, k \in Z$。 +* **余割函数**: + 定义: + + $$ + \csc\theta = \frac{1}{\sin\theta} + $$ + + 值域:$(-\infty, 1]\cup[1,\infty)$,定义域:$\theta \neq k\pi, k \in Z$。 + +### 反三角函数 + +1. **反正弦函数**: + 符号: + + $$ + y = \arcsin x + $$ + + 定义域:$[-1,1]$,值域:$\displaystyle\left[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right]$ + 性质: + + $$ + \sin(\arcsin x) = x, x \in [1,1] + $$ + + $$ + \arcsin(\sin y) = y, y \in \left[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right] + $$ +2. **反余弦函数**: + 符号: + + $$ + y = \arccos x + $$ + + 定义域:$[-1,1]$,值域:$[0,\pi]$ + 性质: + + $$ + \cos(\arccos x) = x, x \in [-1,1] + $$ + + $$ + \arccos(\cos y) = y, y \in [0,\pi] + $$ +3. **反正切函数**: + 符号: + + $$ + y = \arctan x + $$ + + 定义域:$R$,值域:$\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)$ + 性质: + + $$ + \tan(\arctan x) = x, x \in R + $$ + + $$ + \arctan(\tan y) = y, y \in \left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right) + $$ +4. **反余切函数**: + 符号: + + $$ + y = \text{arccot} x + $$ + + 定义域:$R$,值域:$(0,\pi)$ + 性质: + + $$ + \cot(\text{arccot} x) = x, x \in R + $$ + + $$ + \text{arccot}(\cot y) = y, y \in (0,\pi) + $$ + +# 第三章 极限 + +## 数列的极限 + +### 数列极限的$\varepsilon - N$语言证明 + +1. **定义** + 数列$\{a_{n}\}$极限是$A$(记为$\lim_{n\rightarrow\infty}a_{n}=A$)的$\varepsilon - N$定义:对于任意给定的正数$\varepsilon\gt0$,存在正整数$N$,使得当$n > N$时,$\vert a_{n}-A\vert\lt\varepsilon$成立。 +2. **证明步骤** + - **步骤一:给定$\varepsilon\gt0$** + - **步骤二:寻找$N$** + + - 通过分析$\vert a_{n}-A\vert\lt\varepsilon$,对$a_{n}$表达式变形来确定与$\varepsilon$有关的正整数$N$。 + - 例如,对于数列$\displaystyle a_{n}=\frac{1}{n}$证明$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}a_{n}=0$,由$\displaystyle\vert a_{n}-0\vert=\vert\frac{1}{n}-0\vert=\frac{1}{n}$,要使$\displaystyle \frac{1}{n}\lt\varepsilon$,得$\displaystyle n>\frac{1}{\varepsilon}$,可取$\displaystyle N = [\frac{1}{\varepsilon}]+1$($[x]$表示不超过 $x$ 的最大整数)。 + - **步骤三:验证$n > N$时$\vert a_{n}-A\vert\lt\varepsilon$成立** + + - 仍以上例说明,当$\displaystyle n > N = [\frac{1}{\varepsilon}]+1$时,$n>\frac{1}{\varepsilon}$,则$\displaystyle \frac{1}{n}\lt\varepsilon$,即$\displaystyle \vert a_{n}-0\vert\lt\varepsilon$,证得$\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}=0$。 + +### 利用夹迫性证明数列极限 + +1. **夹迫性定理** + 若存在三个数列$\{a_{n}\}$,$\{b_{n}\}$,$\{c_{n}\}$,满足当$n$足够大(比如$n > N_{0}$,$N_{0}$为某个正整数)时,$a_{n}\leq b_{n}\leq c_{n}$,且$\lim_{n\rightarrow\infty}a_{n}=\lim_{n\rightarrow\infty}c_{n}=A$,那么$\lim_{n\rightarrow\infty}b_{n}=A$。 + +## 函数的极限 + +1. **当$x\to0$时** + - **$x$与$\sin x$是等价无穷小**: + - 根据等价无穷小的定义, + $$ + \lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x}=1 + $$ + - **$x$与$\tan x$是等价无穷小**: + - 同样有 + $$ + \lim_{x \to 0}\frac{\tan x}{x}=1 + $$ + - **$1 - \cos x$与$\frac{1}{2}x^{2}$是高阶等价无穷小**: + - 由 + $$ + \lim_{x \to 0}\frac{1 - \cos x}{\frac{1}{2}x^{2}} = 1 + $$ + +- 补充: +- $$ + x-\sin x\sim\frac{1}{6}x^{3} + $$ + +1. **当$x\to+\infty$时** + - **$\ln x$与$\sqrt{x}$的关系**: + - 对于任意正整数$n$, + $$ + \lim_{x \to +\infty}\frac{\ln x}{x^{n}} = 0 + $$ + - **$x^{n}$与$e^{x}$($n$为常数)**: + - 对于任意常数$n$, + $$ + \lim_{x \to +\infty}\frac{x^{n}}{e^{x}} = 0 + $$ + +* 当$x\to0$时 + +$$ +\arctan{x}\to\sin{x}\to x\to \arcsin{x}\to \tan{x} \ \ \ \ \ \ {他们相差}\ \ \frac{x^3}{6} +$$ + +***重点:!!!!!(如果考试要用的话就要用泰勒展开写出来)*** + +## 函数连续性 + +暂无 + +## 无限小量和无限大量 + +暂无 + +# 第四章 微分和微商 + +## 各种函数的导数 + +1. $(kx)' = k$ +2. $(x^n)' = nx^{n - 1}$ +3. $(a^x)' = a^x \ln a$ +4. $(e^x)' = e^x$ +5. $(\log_a x)' = \frac{1}{x \ln a}$ +6. $(\ln x)' = \frac{1}{x}$ +7. $(\sin x)' = \cos x$ +8. $(\cos x)' = - \sin x$ + +*以下是重点* + +**9. $(\tan x)' = \sec^2 x$** + +**10. $(\cot x)' = - \csc^2 x$** + +**11. $(\sec x)' = \sec x \tan x$** + +**12. $(\csc x)' = - \csc x \cot x$** + +**13. $\displaystyle( \arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}$** + +**14. $\displaystyle( \arccos x)' = - \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}$** + +**15. $\displaystyle( \arctan x)' = \frac{1}{1 + x^2}$** + +**16. $\displaystyle( \text{arccot} x)' = - \frac{1}{1 + x^2}$** + +1. **双曲正弦函数(sinh x)** + - 定义:$\displaystyle\sinh x=\frac{e^{x}-e^{-x}}{2}$ + - 导数:$\displaystyle(\sinh x)'=\cosh x$ +2. **双曲余弦函数(cosh x)** + - 定义:$\displaystyle\cosh x=\frac{e^{x}+e^{-x}}{2}$ + - 导数:$\displaystyle(\cosh x)'=\sinh x$ + +## 莱布尼兹公式 + +### 公式表述 + +若函数$u(x)$和$v(x)$都有$n$阶导数,则 + +$$ +(uv)^{(n)}=\sum_{k = 0}^{n}C_{n}^{k}u^{(n - k)}v^{(k)} +$$ + +其中: + +- $\displaystyle C_{n}^{k}=\frac{n!}{k!(n - k)!}$是二项式系数 +- $\displaystyle u^{(n-k)}$表示$u$的$(n - k)$阶导数,当$n-k = 0$时,$u^{(0)}=u$ +- $\displaystyle v^{(k)}$表示$v$的$k$阶导数,当$k = 0$时,$v^{(0)}=v$ + +> **应用举例** +> 求$y=x^{2}e^{x}$的$n$阶导数。 +> 令$u = x^{2}$,$v=e^{x}$ +> $u' = 2x$,$u''=2$,$u^{(k)}=0$ for $k>2$ +> $v^{(k)}=e^{x}$ for all $k\geqslant0$ +> 根据莱布尼兹公式$(x^{2}e^{x})^{(n)}=C_{n}^{0}x^{2}e^{x}+C_{n}^{1}(2x)e^{x}+C_{n}^{2}(2)e^{x}$ +> 即$(x^{2}e^{x})^{(n)}=(x^{2}+2nx + n(n - 1))e^{x}$ + +# 第五章 中值定理 + +## 拉格朗日中值定理 + +**定理内容** + +- 若函数$y = f(x)$满足: + - 在闭区间$[a,b]$上连续; + - 在开区间$(a,b)$内可导。 +- 那么在$(a,b)$内至少存在一点$\xi$,使得 +- $$ + f(b)-f(a)=f^{\prime}(\xi)(b - a) + $$ + +> **应用举例** +> 例如,证明不等式$\displaystyle \frac{b - a}{1 + b^{2}}<\arctan b-\arctan a<\frac{b - a}{1 + a^{2}}$,其中$a < b$。 +> 设$f(x)=\arctan x$,$f(x)$在$[a,b]$上连续,在$(a,b)$内可导,且$\displaystyle f^{\prime}(x)=\frac{1}{1 + x^{2}}$。 +> 根据拉格朗日中值定理,存在$\xi\in(a,b)$,使得$\displaystyle \arctan b-\arctan a=\frac{1}{1+\xi^{2}}(b - a)$。 +> 因为$\displaystyle \frac{1}{1 + b^{2}}<\frac{1}{1+\xi^{2}}<\frac{1}{1 + a^{2}}$ +> 所以$\displaystyle \frac{b - a}{1 + b^{2}}<\arctan b-\arctan a<\frac{b - a}{1 + a^{2}}$。 + +## 洛必达 + +没什么好说的 + +## 函数的极限 + +1. **函数极限存在的第一充分条件** + + - **内容**:设函数$f(x)$在$x_0$的某去心邻域$\dot{U}(x_0,\delta)$内有定义。 + - 若当$x \in (x_0 - \delta,x_0)$时,$f(x)$单调递增且有上界,当$x\in(x_0,x_0+\delta)$时,$f(x)$单调递减且有下界,则$\lim_{x \to x_0}f(x)$存在。 + - 反之,若当$x\in(x_0 - \delta,x_0)$时,$f(x)$单调递减且有下界,当$x\in(x_0,x_0+\delta)$时,$f(x)$单调递增且有上界,则$\lim_{x \to x_0}f(x)$存在。 +2. **函数极限存在的第二充分条件(重点看这个)** + + - **内容**:设函数$y = f(x)$在点$x_0$处具有二阶导数且$f^{\prime}(x_0)=0$,$f^{\prime\prime}(x_0)\neq0$。 + - 若$f^{\prime\prime}(x_0)>0$,则函数$y = f(x)$在$x = x_0$处取得极小值; + - 若$f^{\prime\prime}(x_0)<0$,则函数$y = f(x$在$x = x_0$处取得极大值。 + +## 函数凹凸性 + +**利用二阶导数判定** +设函数$y = f(x)$在区间$I$内具有二阶导数。 +如果$f^{\prime\prime}(x)>0$,$x\in I$,那么函数$y = f(x)$在区间$I$上是凹的。 +如果$f^{\prime\prime}(x)<0$,$x\in I$,那么函数$y = f(x)$在区间$I$上是凸的。 + +**定义5.2** +设$f(x)$在$(a,b)$有定义。若对任意$x_1$,$x_2\in(a,b)$和任意$\lambda\in(0,1)$,有 + +$$ +f(\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2)\leq\lambda f(x_1)+(1 - \lambda)f(x_2) +$$ + +则称$f(x)$在$(a,b)$为下凸函数;若对任意$x_1$,$x_2\in(a,b)$和任意$\lambda\in(0,1)$,有 + +$$ +f(\lambda x_1+(1 - \lambda)x_2)\geq\lambda f(x_1)+(1 - \lambda)f(x_2) +$$ + +则称$f(x)$在$(a,b)$为上凸函数。 + +## 函数拐点 + +**判定方法** + +- **二阶导数法** + - 一般地,若函数$y = f(x)$在点$x_0$处二阶可导,且在$x_0$的某邻域内二阶导数$f^{\prime\prime}(x)$变号(即函数的凹凸性发生改变),同时$f^{\prime\prime}(x_0) = 0$,那么点$(x_0,f(x_0))$是函数$y = f(x)$的一个拐点。 + +> **二阶导数不存在的点也可能是拐点** + +# 第六章&第七章&第八章 积分 + +* 常见积分公式 + +# 不定积分基本公式 + +$$ +\int kdx = kx + c +$$ + +$$ +\int x^{n}dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}+c +$$ + +$$ +\int e^{x}dx = e^{x}+c +$$ + +$$ +\int a^{x}dx = \frac{a^{x}}{\ln a}+c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{x}dx = \ln |x|+c +$$ + +$$ +\int \sin xdx = -\cos x + c +$$ + +$$ +\int \cos xdx = \sin x + c +$$ + +$$ +\int \tan xdx = -\ln |\cos x|+c +$$ + +$$ +\int \cot xdx = \ln |\sin x|+c +$$ + +$$ +\int \csc xdx = \ln |\csc x - \cot x|+c +$$ + +$$ +\int \sec xdx = \ln |\sec x + \tan x|+c +$$ + +$$ +\int x^{2}dx = \frac{1}{3}x^{3}+c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{x^{2}}dx = -\frac{1}{x}+c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{\sin x}dx = \int \csc^{2}xdx = -\cot x + c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{\cos^{2}x}dx = \int \sec^{2}xdx = \tan x + c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{1 + x^{2}}dx = \arctan x + c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{\sqrt{1 - x^{2}}}dx = \arcsin x + c +$$ + +$$ +\int \sec x\tan xdx = \sec x + c +$$ + +$$ +\int \csc x\cot xdx = -\csc x + c +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{a^{2}+x^{2}}=\frac{1}{a}\arctan\frac{x}{a}+c +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{x^{2}-a^{2}}=\frac{1}{2a}\ln|\frac{x - a}{x + a}|+c +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{\sqrt{a^{2}-x^{2}}}=\arcsin\frac{x}{a}+c +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{\sqrt{x^{2}+a^{2}}}=\ln|x+\sqrt{x^{2}+a^{2}}|+c +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{\sqrt{x^{2}-a^{2}}}=\ln|x+\sqrt{x^{2}-a^{2}}|+c +$$ + +$$ +\int \frac{x^{2}}{1 + x^{2}}dx=\frac{1}{2}\ln(1 + x^{2})+c +$$ + +$$ +\int \frac{1}{1 + x^{2}}dx=\arctan x + c +$$ + +### 补充 + +$$ +\int \frac{x^2}{1 + x^{2}}dx = x - \arctan x + C +$$ + +过程如下(懂了吧) + +$$ +\begin{align*} +\frac{x^2}{1 + x^{2}}&=\frac{x^2 + 1 - 1}{1 + x^{2}}\\ +&=\frac{x^2 + 1}{1 + x^{2}} - \frac{1}{1 + x^{2}}\\ +&= 1 - \frac{1}{1 + x^{2}} +\end{align*} +$$ + +$$ +\int\ln xdx=x\ln x - x + C +$$ + +## 换元积分 + +1. **第一类换元法(凑微分法)** + + - **示例**:计算$\displaystyle \int 2x\cos(x^{2})dx$。 + + - 令$u = x^{2}$,则$du=2xdx$。 + - 原积分$\displaystyle \int 2x\cos(x^{2})dx=\int\cos udu=\sin u + C$。 + - 再把$u = x^{2}$代回,得到$\sin(x^{2})+C$。 + - **常见的凑微分形式**: + + - $\displaystyle \int f(ax + b)dx=\frac{1}{a}\int f(ax + b)d(ax + b)(a\neq0)$ + - $\displaystyle \int f(x^{n})x^{n - 1}dx=\frac{1}{n}\int f(x^{n})d(x^{n})$。 + - $\displaystyle \int f(\sin x)\cos xdx=\int f(\sin x)d(\sin x)$。 +2. **第二类换元法** + + - **根式代换** + - 当被积函数中含有$\displaystyle \sqrt{a^{2}-x^{2}}(a>0)$时,可令$x = a\sin t$,$t\displaystyle \in\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)$。 + - 示例:计算$\displaystyle \int\frac{1}{\sqrt{1 - x^{2}}}dx$。 + - 令$x=\sin t$,$\displaystyle t\in\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)$,则$dx=\cos tdt$。 + - 原积分 + - $$ + \displaystyle \int\frac{1}{\sqrt{1 - x^{2}}}dx=\int\frac{1}{\sqrt{1-\sin^{2}t}}\cos tdt=\int 1dt=t + C + $$ + - 因为$\displaystyle x = \sin t$,所以$t=\arcsin x$,最终结果为$\arcsin x + C$ + - 当被积函数中含有$\displaystyle \sqrt{x^{2}+a^{2}}(a>0)$时,可令$x = a\tan t$,$\displaystyle t\in\left(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right)$。 + - 当被积函数中含有$\displaystyle \sqrt{x^{2}-a^{2}}(a>0)$时,可令$x = a\sec t$,$\displaystyle t\in\left(0,\frac{\pi}{2}\right)\cup\left(\frac{\pi}{2},\pi\right)$。 + - **倒代换** + - 当分母的次数比分子的次数高很多时,可考虑倒代换,即令$\displaystyle x=\frac{1}{t}$。 + - 示例:计算$\displaystyle \int\frac{1}{x^{4}(1 + x^{2})}dx$。 + + - 令$\displaystyle x=\frac{1}{t}$,则$\displaystyle dx=-\frac{1}{t^{2}}dt$。 + - 原积分 + + $$ + \displaystyle \int\frac{1}{x^{4}(1 + x^{2})}dx=\int\frac{t^{4}}{1 + t^{2}}\left(-\frac{1}{t^{2}}\right)dt=-\int\frac{t^{2}}{1 + t^{2}}dt + $$ + + - 进一步化简 + $$ + \displaystyle =-\int\left(1-\frac{1}{1 + t^{2}}\right)dt=-t+\arctan t + C + $$ + - 再把$\displaystyle t=\frac{1}{x}$代回,得到$\displaystyle -\frac{1}{x}+\arctan\frac{1}{x}+C$。 +3. **三角代换与双曲代换(补充方法)** + + - **三角代换**:三角代换主要是利用三角函数之间的关系 + $\sin^{2}t+\cos^{2}t = 1$,$\sec^{2}t-\tan^{2}t = 1$等来化简根式。 + - **双曲代换(暂时没遇过)**: + - 双曲函数定义为$\displaystyle \sinh x=\frac{e^{x}-e^{-x}}{2}$,$\displaystyle \cosh x=\frac{e^{x}+e^{-x}}{2}$,且$\cosh^{2}x-\sinh^{2}x = 1$。 + - 当被积函数含有$\displaystyle \sqrt{x^{2}+a^{2}}$时,也可令$x = a\sinh t$,因为$\displaystyle \sqrt{x^{2}+a^{2}}=\sqrt{a^{2}\sinh^{2}t+a^{2}}=a\cosh t$,这样代换后可以简化积分运算。 + +## 分部积分法 + +**分部积分公式** + +- 设函数$u = u(x)$及$v = v(x)$具有连续导数,那么 + + $$ + \int u(x)v^{\prime}(x)dx = u(x)v(x)-\int v(x)u^{\prime}(x)dx + $$ + + 也可以写成 + + $$ + \int udv = uv-\int vdu + $$ + +## 有理函数的积分 + +就是拆开 + +## 定积分 + +暂无 + +## 积分中值定理 + +**积分第一中值定理** + +- 若函数$f(x)$在闭区间$[a,b]$上连续,则在$[a,b]$上至少存在一点$\xi$,使得 + $$ + \displaystyle \int_{a}^{b}f(x)dx = f(\xi)(b - a) + $$ + +> 这个定理的几何意义是:对于在区间$[a,b]$上连续的函数$y = f(x)$,由曲线$y = f(x)$、$x=a$、$x = b$以及$x$轴所围成的曲边梯形的面积等于以区间$[a,b]$为底,以这个区间内某一点$\xi$处的函数值$f(\xi)$为高的矩形的面积。 + +**积分第二中值定理** + +- 第一形式:设$f(x)$在$[a,b]$上可积,$g(x)$在$[a,b]$上单调递减且$g(x)\geq0$,则存在$\xi\in[a,b]$,使得 + +$$ +\int_{a}^{b}f(x)g(x)dx = g(a)\int_{a}^{\xi}f(x)dx +$$ + +- 第二形式:设$f(x)$在$[a,b]$上可积,$g(x)$在$[a,b]$上单调,那么存在$\xi\in[a,b]$,使得 + +$$ +\int_{a}^{b}f(x)g(x)dx = g(a)\int_{a}^{\xi}f(x)dx+g(b)\int_{\xi}^{b}f(x)dx +$$ + +## 泰勒公式 + +### 带佩亚诺余项 + +若函数$f(x)$在点$x_0$存在直至$n$阶导数,则 + +$$ +\displaystyle f(x)=f(x_0)+f'(x_0)(x - x_0)+\frac{f''(x_0)}{2!}(x - x_0)^2+\cdots+\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x - x_0)^n+o((x - x_0)^n) +$$ + +其中$o((x - x_0)^n)$为佩亚诺余项,表示当$x\to x_0$时,余项是比$(x - x_0)^n$高阶的无穷小. + +### 带拉格朗日余项 + +若函数$f(x)$在含有$x_0$的某个开区间$(a,b)$内具有$n + 1$阶导数,则对于$\forall x\in(a,b)$,有 + +$$ +f(x)=f(x_0)+f'(x_0)(x - x_0)+\frac{f''(x_0)}{2!}(x - x_0)^2+\cdots+\frac{f^{(n)}(x_0)}{n!}(x - x_0)^n+R_n(x) +$$ + +其中$\displaystyle R_n(x)=\frac{f^{(n + 1)}(\xi)}{(n + 1)!}(x - x_0)^{n + 1}$,$\xi$是介于$x_0$与$x$之间的某个值. + +## 常见泰勒公式 + +### 指数函数 + +$$ +e^x = 1 + x +\frac{x^2}{2!}+\frac{x^3}{3!}+\cdots+\frac{x^n}{n!}+\cdots +$$ + +### 对数函数 + +$$ +\ln(1 + x)=x-\frac{x^2}{2}+\frac{x^3}{3}-\cdots+(-1)^{n - 1}\frac{x^n}{n}+\cdots +$$ + +### 三角函数 + +- **正弦函数**: + +$$ +\sin x = x -\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}-\cdots+(-1)^{n - 1}\frac{x^{2n - 1}}{(2n - 1)!}+\cdots +$$ + +- **余弦函数**: + +$$ +\cos x = 1 -\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}-\cdots+(-1)^{n}\frac{x^{2n}}{(2n)!}+\cdots +$$ + +- **正切函数**: + +$$ +\tan x = x +\frac{x^3}{3}+\frac{2x^5}{15}+\cdots +$$ + +### 反三角函数 + +- **反正弦函数**: + +$$ +\arcsin x = x +\frac{1}{2}\cdot\frac{x^3}{3}+\frac{1\cdot3}{2\cdot4}\cdot\frac{x^5}{5}+\cdots +$$ + +- **反正切函数**: + +$$ +\arctan x = x -\frac{x^3}{3}+\frac{x^5}{5}-\cdots+(-1)^{k - 1}\frac{x^{2k - 1}}{2k - 1}+\cdots +$$ + +### 双曲函数 + +- **双曲正弦函数**: + +$$ +\sinh x = x +\frac{x^3}{3!}+\frac{x^5}{5!}+\cdots+(-1)^{k - 1}\frac{x^{2k - 1}}{(2k - 1)!}+\cdots +$$ + +- **双曲余弦函数**: + +$$ +\cosh x = 1 +\frac{x^2}{2!}+\frac{x^4}{4!}+\cdots+(-1)^{k}\frac{x^{2k}}{(2k)!}+\cdots +$$ + +### 幂函数 + +$$ +(1 + x)^{\alpha}=1+\alpha x+\frac{\alpha(\alpha - 1)}{2!}x^{2}+\cdots+\frac{\alpha(\alpha - 1)\cdots(\alpha - n + 1)}{n!}x^{n}+\cdots +$$ + +### 自己推到: + +麦克劳林展开式为: + +$$ +f(x)=f(0)+f'(0)x+\frac{f''(0)}{2!}x^{2}+\frac{f'''(0)}{3!}x^{3}+\cdots+\frac{f^{(n)}(0)}{n!}x^{n}+r_{n}(x) +$$ + +其中$r_{n}(x)$为余项 + +## 体积 + +暂无 + +## 弧长 + +#### (1)直角坐标形式 + +若曲线的方程为$y = f(x)$,$a\leq x\leq b$,且$f(x)$在区间$[a,b]$上具有连续导数,则曲线弧长$s$的计算公式为: + +$$ +s=\int_{a}^{b}\sqrt{1 + [f'(x)]^{2}}dx +$$ + +#### (2)参数方程形式 + +若曲线由参数方程$\left\{\begin{array}{l}x = x(t)\\y = y(t)\end{array}\right.$给出,$\alpha\leq t\leq\beta$,其中$x(t)$、$y(t)$在区间$[\alpha,\beta]$上具有连续导数,则曲线弧长$s$的计算公式为: + +$$ +s=\int_{\alpha}^{\beta}\sqrt{[x'(t)]^{2}+[y'(t)]^{2}}dt +$$ + +#### (3)极坐标形式 + +若曲线的极坐标方程为$\rho = \rho(\theta)$,$\alpha\leq\theta\leq\beta$,且$\rho(\theta)$在区间$[\alpha,\beta]$上具有连续导数,则曲线弧长$s$的计算公式为: + +$$ +s=\int_{\alpha}^{\beta}\sqrt{\rho^{2}(\theta)+[\rho'(\theta)]^{2}}d\theta +$$ + +## 曲率 + +**直角坐标系的曲率** + +$$ +\left|\frac{y^{\prime\prime}}{\left[1+(y^{\prime})^{2}\right]^{\frac{3}{2}}}\right| +$$ + +**参数方程的曲率** + +- 若曲线由参数方程$\left\{\begin{array}{l}x = x(t)\\y = y(t)\end{array}\right.$给出,$t$为参数。则$x^{\prime}=x^{\prime}(t)$,$y^{\prime}=y^{\prime}(t)$,$x^{\prime\prime}=x^{\prime\prime}(t)$,$y^{\prime\prime}=y^{\prime\prime}(t)$。 +- 曲率公式为 + $$ + \left|\frac{x^{\prime}(t)y^{\prime\prime}(t)-x^{\prime\prime}(t)y^{\prime}(t)}{\left[(x^{\prime}(t))^{2}+(y^{\prime}(t))^{2}\right]^{\frac{3}{2}}}\right| + $$ + +## 面积 + +1. **直角坐标下求面积** + + - 设函数$y = f(x)$在区间$[a,b]$上连续且$f(x)\geqslant0$,那么由曲线$y = f(x)$,直线$x = a$,$x = b$以及$x$轴所围成的曲边梯形的面积 + + $$ + \int_{a}^{b}f(x)dx + $$ + +2. **极坐标下求面积** + + - 由极坐标方程$\rho=\rho(\theta)$,$\alpha\leqslant\theta\leqslant\beta$所围成的图形的面积 + $$ + S=\frac{1}{2}\int_{\alpha}^{\beta}\rho^{2}(\theta)d\theta + $$ +3. **参数方程下求面积** + + - 若曲线$C$的参数方程为$\left\{\begin{array}{l}x = x(t)\\y = y(t)\end{array}\right.$,$\alpha\leqslant t\leqslant\beta$,且$x(t)$,$y(t)$具有连续的一阶导数,$x^{\prime}(t)$不变号。 + - 当$x^{\prime}(t)>0$时,曲线$C$与直线$x = a,x = b,y = 0$所围成的图形的面积 + + $$ + A=\int_{\alpha}^{\beta}y(t)x^{\prime}(t)dt + $$ + +### **直角坐标与极坐标的转换关系** + +- 直角坐标用$(x,y)$表示,极坐标用$(\rho,\theta)$表示,它们之间的转换公式为$x = \rho\cos\theta$,$y=\rho\sin\theta$,且$\rho^{2}=x^{2} + y^{2}$ + +# 一些例题 + +* 求极限 + +$$ +\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \frac{\ln (1+1 / i)}{\sin 1 / i} +$$ + +* 解答: + +$$ +\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \frac{\ln (1+1 / i)}{\sin 1 / i}=\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{\ln (1+1 / n)}{\sin 1 / n}=\lim _{x \rightarrow 0} \frac{\ln (1+x)}{\sin x}=1 +$$ + +# 黎曼和 + +当分割子区间的最大长度$\lambda \to 0$($n\to+\infty$且分割越来越细)时,黎曼和的极限若存在,就是函数$f(x)$在区间$[a,b]$上的定积分,即 + +$$ +\int_{a}^{b}f(x)dx=\lim\limits_{\lambda\to0}\sum_{i = 1}^{n}f(\xi_{i})\Delta x_{i} +$$ + +# 第十章 数项级数 + +## 一、正项级数敛散性判别法 + +### (一)比较判别法 + +1. **原理**:设$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$和$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}b_{n}$是两个正项级数,且$a_{n}\leq b_{n}(n = 1,2,\cdots)$。若$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}b_{n}$收敛,则$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$也收敛;若$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$发散,则$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}b_{n}$也发散。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^{2}+ 1}$的敛散性。因为$\displaystyle\frac{1}{n^{2}+1}<\frac{1}{n^{2}}$,而$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^{2}}$是收敛的$p$级数($p = 2>1$),所以$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^{2}+1}$收敛。 + +### (二)比较判别法的极限形式 + +1. **原理**:设$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$和$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}b_{n}$是两个正项级数,且$\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty}\frac{a_{n}}{b_{n}} = l$( $ 0 < l <+\infty$),则$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$与$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}b_{n}$敛散性相同。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\sin\frac{1}{n}$的敛散性。因为$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{\sin\frac{1}{n}}{\frac{1}{n}} = 1$,而$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$发散,所以$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\sin\frac{1}{n}$发散。 + +### (三)比值判别法(达朗贝尔判别法) + +1. **原理**:设$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$是正项级数,且$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{a_{n + 1}}{a_{n}}=\rho$。当$\displaystyle\rho<1$时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$收敛;当$\displaystyle\rho>1$(包括$\displaystyle\rho = +\infty$)时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$发散;当$\displaystyle\rho = 1$时,判别法失效。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{n!}{n^{n}}$的敛散性。计算$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{a_{n+1}}{a_{n}}=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{(n + 1)!}{(n+1)^{n+1}}\cdot\frac{n^{n}}{n!}=\lim_{n\rightarrow\infty}\left(\frac{n}{n + 1}\right)^{n}=\frac{1}{e}<1$,所以级数收敛。 + +### (四)根值判别法(柯西判别法) + +1. **原理**:设$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$是正项级数,且$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\sqrt[n]{a_{n}}=\rho$。当$\displaystyle\rho<1$时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$收敛;当$\displaystyle\rho>1$(包括$\displaystyle\rho = +\infty$)时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$发散;当$\displaystyle\rho = 1$时,判别法失效。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\left(\frac{n}{2n+1}\right)^{n}$的敛散性。$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\sqrt[n]{a_{n}}=\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{n}{2n + 1}=\frac{1}{2}<1$,所以该级数收敛。 + +### (五)积分判别法 + +1. **原理**:设$f(x)$是$[1,+\infty)$上非负、单调递减的连续函数,令$a_{n}=f(n)$,则级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$与反常积分$\displaystyle\int_{1}^{+\infty}f(x)dx$同敛散。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 2}^{\infty}\frac{1}{n\ln n}$的敛散性。考虑函数$f(x)=\frac{1}{x\ln x}$,$\displaystyle\int_{2}^{+\infty}\frac{1}{x\ln x}dx=\lim_{t\rightarrow+\infty}\int_{2}^{t}\frac{1}{x\ln x}dx=\lim_{t\rightarrow+\infty}[\ln(\ln x)]_{2}^{t}=+\infty$,所以级数$\displaystyle\sum_{n = 2}^{\infty}\frac{1}{n\ln n}$发散。 + +### (六)拉阿比判别法 + +1. **原理**:设$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$是正项级数,且$\displaystyle\lim_{n \to \infty} n\left(\frac{a_{n}}{a_{n + 1}} - 1\right)=R$。 + - 当$R > 1$时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$收敛; + - 当$R < 1$时,级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$发散; + - 当$R = 1$时,判别法失效。 +2. **例如**:判断级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{1}{2^{n}}$的敛散性。 + 计算$\displaystyle\lim_{n \to \infty} n\left(\frac{a_{n}}{a_{n + 1}} - 1\right)$: + +$$ +\begin{align*} +a_{n}&=\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{1}{2^{n}}\\ +a_{n + 1}&=\frac{(2(n + 1))!}{((n + 1)!)^{2}}\cdot\frac{1}{2^{n + 1}}\\ +\frac{a_{n}}{a_{n + 1}}&=\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{1}{2^{n}}\cdot\frac{((n + 1)!)^{2}}{(2(n + 1))!}\cdot 2^{n + 1}\\ +&=\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{((n + 1)!)^{2}}{(2n + 2)!}\cdot 2\\ +&=\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{(n + 1)^{2}\cdot (n!)^{2}}{(2n + 2)\cdot(2n + 1)\cdot(2n)!}\cdot 2\\ +&=\frac{(n + 1)^{2}}{(2n + 2)\cdot(2n + 1)}\cdot 2\\ +&=\frac{(n + 1)^{2}}{(n + 1)(2n + 1)}\cdot 2\\ +&=\frac{n + 1}{2n + 1}\cdot 2 +\end{align*} +$$ + +$$ +\begin{align*} +\lim_{n \to \infty} n\left(\frac{a_{n}}{a_{n + 1}} - 1\right)&=\lim_{n \to \infty} n\left(\frac{n + 1}{2n + 1}\cdot 2 - 1\right)\\ +&=\lim_{n \to \infty} n\left(\frac{2n + 2 - (2n + 1)}{2n + 1}\right)\\ +&=\lim_{n \to \infty} n\cdot\frac{1}{2n + 1}\\ +&=\lim_{n \to \infty}\frac{n}{2n + 1}\\ +&=\frac{1}{2} < 1 +\end{align*} +$$ + +所以级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{(2n)!}{(n!)^{2}}\cdot\frac{1}{2^{n}}$发散。 + +## 二、交错级数敛散性判别法 + +### (一)莱布尼茨判别法 + +1. **原理**:对于交错级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}(- 1)^{n - 1}a_{n}(a_{n}>0)$,如果$a_{n}\geq a_{n + 1}(n = 1,2,\cdots)$,且$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}a_{n}=0$,那么交错级数$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}(-1)^{n-1}a_{n}$收敛。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}(-1)^{n - 1}\frac{1}{n}$的敛散性。$a_{n}=\frac{1}{n}$,显然$\displaystyle\frac{1}{n}\geq\frac{1}{n + 1}$,且$\displaystyle\lim_{n\rightarrow\infty}\frac{1}{n}=0$,所以该交错级数收敛。 + +## 三、任意项级数敛散性判别法 + +### (一)绝对收敛判别法 + +1. **原理**:若$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\vert a_{n}\vert$收敛,则$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$绝对收敛,且$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$收敛。 +2. **例如**:判断$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{\sin n}{n^{2}}$的敛散性。因为$\displaystyle\left|\frac{\sin n}{n^{2}}\right|\leq\frac{1}{n^{2}}$,而$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n^{2}}$收敛,所以$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{\sin n}{n^{2}}$绝对收敛,从而该级数收敛。 + +### (二)条件收敛判别法 + +如果$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$收敛,但$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\vert a_{n}\vert$发散,则$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}a_{n}$条件收敛。例如$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}(-1)^{n - 1}\frac{1}{n}$收敛,但$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}\left|(-1)^{n - 1}\frac{1}{n}\right|=\sum_{n = 1}^{\infty}\frac{1}{n}$发散,所以$\displaystyle\sum_{n = 1}^{\infty}(-1)^{n - 1}\frac{1}{n}$条件收敛。 + +# 第十一章到第十三章 + +# 狄利克雷判别法: + +## 一、数项级数的狄利克雷判别法 + +设级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n b_n$,如果满足: + +1. 部分和序列$A_n = \sum_{k=1}^{n}a_k$有界,即存在常数$M$,使得对所有$n$,都有: +$$ +|A_n| = \left|\sum_{k=1}^{n}a_k\right| \leq M +$$ + +2. 数列$\{b_n\}$单调趋于零,即: + - 单调递减或单调递增; + $\lim_{n \to \infty} b_n = 0$。 + +则级数$\sum_{n=1}^{\infty} a_n b_n$收敛。 + +## 二、函数项级数的狄利克雷判别法 + +设函数项级数: + +$$ +\sum_{n=1}^{\infty} a_n(x)b_n(x) +$$ + +如果满足: + +1. 对每个固定的$x$,部分和序列 + +$$ +A_n(x) = \sum_{k=1}^{n} a_k(x) +$$ + +有界,即存在常数$M(x)$,使得: + +$$ +|A_n(x)|\leq M(x) +$$ + +2. 函数序列$\{b_n(x)\}$对$n$单调趋于零,即满足: + - 单调性:对于每个固定的$x$,$b_n(x)$关于$n$单调递减或递增; + - 极限性:对每个固定的$x$,有$\lim_{n \to \infty} b_n(x) = 0$。 + +则函数项级数$\sum_{n=1}^{\infty} a_n(x)b_n(x)$收敛。 + +## 三、广义积分的狄利克雷判别法 + +设积分: + +$$ +\int_{a}^{+\infty} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x +$$ + +如果满足: + +1. 积分的原函数 + +$$ +F(x)=\int_{a}^{x}f(t)\,\mathrm{d}t +$$ + +有界,即存在常数$M$,使得: + +$$ +|F(x)|\leq M, \quad x \ge a +$$ + +2. 函数$g(x)$满足: + - 在区间$[a,+\infty)$上单调趋于零; + $\lim_{x \to +\infty} g(x)=0$。 + +则广义积分$\int_{a}^{+\infty} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x$收敛。 + +## 四、瑕积分的狄利克雷判别法 + +设积分存在瑕点$x = a$(假设瑕点为积分下限,其他点类似),考虑积分: + +$$ +\int_{a}^{b}f(x)g(x)\,\mathrm{d}x +$$ + +如果满足: + +1. 积分的原函数: + +$$ +F(x)=\int_{a}^{x}f(t)\,\mathrm{d}t +$$ + +在靠近瑕点$x=a$时有界。 + +2. 函数$g(x)$满足: + - 在$(a,b]$上单调趋于零(当$x \to a^+$时); + -$\lim_{x \to a^+}g(x)=0$。 + +则瑕积分$\int_{a}^{b}f(x)g(x)\,\mathrm{d}x$收敛。 + +# 阿贝尔判别法: + +## 一、数项级数的阿贝尔判别法 + +考虑级数: + +$$ +\sum_{n=1}^{\infty} a_n b_n +$$ + +如果满足以下两个条件: + +1. 级数$\sum_{n=1}^{\infty} a_n$**收敛**(而非仅仅有界); +2. 数列$\{b_n\}$为**单调有界数列**,即: + - 存在有限的常数$M$,使得$|b_n|\leq M$,且单调(递增或递减)。 + +则级数$\sum_{n=1}^{\infty} a_n b_n$**收敛**。 + +## 二、函数项级数的阿贝尔判别法 + +### 判别法描述: + +考虑函数项级数: + +$$ +\sum_{n=1}^{\infty} a_n(x) b_n(x) +$$ + +如果满足: + +1. 对每个固定的$x$,级数 + +$$ +\sum_{n=1}^{\infty} a_n(x) +$$ + +收敛; + +2. 对每个固定的$x$,函数序列$\{b_n(x)\}$单调有界,即: + - 存在常数$M(x)$,使得对所有$n$,$|b_n(x)|\leq M(x)$; + - 对于固定的$x$,关于$n$单调递增或递减。 + +则函数项级数$\sum_{n=1}^{\infty}a_n(x)b_n(x)$收敛。 + +## 三、广义积分的阿贝尔判别法 + +### 判别法描述: + +考虑广义积分: + +$$ +\int_{a}^{+\infty} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x +$$ + +如果满足: + +1. 积分$\int_{a}^{+\infty} f(x)\,\mathrm{d}x$**收敛**; +2. 函数$g(x)$在区间$[a,+\infty)$上**单调有界**,即: + - 存在常数$M$,使得$|g(x)|\leq M$,且$g(x)$在$[a,+\infty)$上单调。 + +则广义积分$\int_{a}^{+\infty} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x$**收敛**。 + +## 四、瑕积分的阿贝尔判别法 + +### 判别法描述: + +考虑具有瑕点的积分(例如积分下限有瑕点$a$): + +$$ +\int_{a}^{b} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x +$$ + +如果满足: + +1. 瑕积分$\int_{a}^{b} f(x)\,\mathrm{d}x$**收敛**; +2. 函数$g(x)$在$(a,b]$上**单调有界**,即: + - 存在常数$M$,使得对所有$x\in(a,b]$,有$|g(x)|\leq M$; + - 在区间靠近瑕点$a$时,函数$g(x)$是单调的。 + +则瑕积分$\int_{a}^{b} f(x)g(x)\,\mathrm{d}x$**收敛**。 + +# 总结成一句话: + +- **狄利克雷** 判别法:部分和有界 (震荡) × 单调趋零 = 收敛。 +- **阿贝尔** 判别法:已知收敛 (收敛×单调有界) = 收敛。 + +# 第十四章 傅里叶级数 + +## 一、傅里叶级数的基本概念与公式 + +一个定义在区间$[-l, l]$上周期为$2l$的函数$f(x)$,可表示成傅里叶级数: + +$$ +f(x) = \frac{a_0}{2} + \sum_{n=1}^{\infty} \left[a_n\cos\frac{n\pi x}{l} + b_n\sin\frac{n\pi x}{l}\right] +$$ + +### 系数计算公式: + +- **常数项$a_0$**: + +$$ +a_0 = \frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\,dx +$$ + +- **余弦项系数$a_n$**($n\geq 1$): + +$$ +a_n = \frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\cos\frac{n\pi x}{l}\,dx +$$ + +- **正弦项系数$b_n$**($n\geq 1$): + +$$ +b_n = \frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\sin\frac{n\pi x}{l}\,dx +$$ + +## 二、傅里叶级数的特殊区间(常见): + +### (一)区间$[-\pi,\pi]$(标准区间) + +若函数定义在$[- \pi,\pi]$,周期为$2\pi$,傅里叶级数为: + +$$ +f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}(a_n\cos nx+b_n\sin nx) +$$ + +- 系数公式: + +$$ +a_0=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\,dx,\quad +a_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\cos nx\,dx,\quad +b_n=\frac{1}{\pi}\int_{-\pi}^{\pi}f(x)\sin nx\,dx +$$ + +### (二)区间$[0,2\pi]$ + +若函数定义在区间$[0,2\pi]$,周期为$2\pi$,傅里叶级数展开为: + +$$ +f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}(a_n\cos nx+b_n\sin nx) +$$ + +- 系数计算: + +$$ +a_0=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{2\pi}f(x)\,dx,\quad +a_n=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{2\pi}f(x)\cos nx\,dx,\quad +b_n=\frac{1}{\pi}\int_{0}^{2\pi}f(x)\sin nx\,dx +$$ + +### (三)区间$[-l,l]$(一般区间) + +一般区间的情况(区间长度为$2l$),傅里叶级数通式为: + +$$ +f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}\left(a_n\cos\frac{n\pi x}{l}+b_n\sin\frac{n\pi x}{l}\right) +$$ + +- 系数计算: + +$$ +a_0=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\,dx,\quad +a_n=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\cos\frac{n\pi x}{l}\,dx,\quad +b_n=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\sin\frac{n\pi x}{l}\,dx +$$ + +## 三、小结(核心公式记忆): + +- 通式记忆: + +$$ +f(x)=\frac{a_0}{2}+\sum_{n=1}^{\infty}(a_n\cos\frac{n\pi x}{l}+b_n\sin\frac{n\pi x}{l}) +$$ + +- 一般系数公式: + +$$ +a_0=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)dx,\quad +a_n=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\cos\frac{n\pi x}{l}dx,\quad +b_n=\frac{1}{l}\int_{-l}^{l}f(x)\sin\frac{n\pi x}{l}dx +$$ + +- 区间特化记忆: + - 标准区间$[-\pi,\pi]$时,公式中$l=\pi$; + - 区间$[0,2\pi]$时,积分区间改为$[0,2\pi]$。 + +# 第十五章——第二十章 + +## 一、二元函数的极限与连续性 + +### 1. 函数极限定义 + +假设函数$f(x,y)$定义在点$(x_0,y_0)$的去心领域内,若对任意路径$(x,y)\rightarrow(x_0,y_0)$,极限值均存在且相等,则记为极限: + +$$ +\lim_{(x,y)\to(x_0,y_0)} f(x,y)=L +$$ + +### 2. 二元函数极限存在判定 + +- 当沿不同路径趋于同一点的极限值不同时,则该二元函数极限不存在。 + +常用方法: + +- 沿特殊路径(如$x = x_0$,$y = y_0$,$y = k(x - x_0)$等)求极限并比较。 +- 极坐标法:将$(x, y)$替换为$(r\cos\theta, r\sin\theta)$,考察当$r \to 0$时的极限。 + +### 3. 二元函数的连续性 + +若二元函数满足: + +$$ +\lim_{(x,y)\to(x_0,y_0)}f(x,y)=f(x_0,y_0) +$$ + +则称函数在点$(x_0,y_0)$连续。 + +连续函数的性质: + +- 基本运算法则(加、减、乘、除、复合运算)在连续点均保持连续。 +- 多项式函数、指数函数、三角函数在定义域内连续。 + +## 二、二元函数的偏导数与高阶偏导 + +### 1. 偏导数定义 + +给定二元函数$z = f(x, y)$,偏导数表示函数沿坐标轴方向的变化率: + +$$ +f_x(x,y)=\frac{\partial f}{\partial x}=\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(x+\Delta x,y)-f(x,y)}{\Delta x} +$$ + +$$ +f_y(x,y)=\frac{\partial f}{\partial y}=\lim_{\Delta y \to 0}\frac{f(x,y+\Delta y)-f(x,y)}{\Delta y} +$$ + +### 2. 高阶偏导 + +常见的二阶偏导: + +$$ +f_{xx}(x,y)=\frac{\partial^2 f}{\partial x^2}, \quad f_{yy}(x,y)=\frac{\partial^2 f}{\partial y^2},\quad f_{xy}(x,y)=\frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x},\quad f_{yx}(x,y)=\frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} +$$ + +偏导连续、光滑函数具有性质: + +$$ +f_{xy}(x,y)=f_{yx}(x,y) +$$ + +(克莱罗定理) + +## 三、二元函数的可微性与全微分 + +### 1. 二元函数的可微定义 + +设二元函数$z=f(x,y)$,若其变化量可表示为线性主部与高阶无穷小之和: + +$$ +\Delta z = f(x+\Delta x,y+\Delta y)-f(x,y)=f_x(x,y)\Delta x+f_y(x,y)\Delta y+o(\rho),\quad(\rho=\sqrt{\Delta x^2+\Delta y^2}) +$$ + +且满足: + +$$ +\lim_{\rho\to 0}\frac{o(\rho)}{\rho}=0 +$$ + +则称函数在该点可微。其中: + +-$f_x(x,y), f_y(x,y)$为函数在$(x,y)$点的偏导数。 +-$o(\rho)$为高阶无穷小量,其在点邻域内趋于零的速度快于线性小量$\rho$。 + +几何意义: +可微函数在该点局部表现如同一个线性函数,且误差项相对于线性近似部分极小,保证函数在该点附近可用线性函数很好地逼近。 + +### 2. 全微分形式 + +若函数在点$(x,y)$可微,则全微分为: + +$$ +dz = f_x(x,y)dx + f_y(x,y)dy +$$ + +作为函数在该点的线性近似。 + +### 3. 可微性与连续性、偏导关系: + +函数可微 ⇒ 函数必定连续,且偏导数存在。但偏导数存在不能保证函数一定可微。充分条件(常见判定定理): + +- 若函数两个偏导数在点附近连续,则该函数在该点一定可微。 + +## 四、二元函数的极值与最小二乘法 + +### 1. 极值 + +若点$(x_0, y_0)$为极值点(可能极大或极小),则有: + +$$ +f_x(x_0,y_0)=0,\quad f_y(x_0,y_0)=0 +$$ + +#### 二阶导数判别法 + +定义 Hessian 判别式: + +$$ +H = +\begin{vmatrix} +f_{xx}(x_0,y_0) & f_{xy}(x_0,y_0) \\ +f_{yx}(x_0,y_0) & f_{yy}(x_0,y_0) +\end{vmatrix} +$$ + +- 若$H>0, f_{xx}(x_0,y_0)>0$,点为极小; +- 若$H>0, f_{xx}(x_0,y_0)<0$,点为极大; +- 若$H<0$,则为鞍点,不为极值点。 + +### 2. 最小二乘法(Least Squares Method) + +拟合数据曲线,用以确定线性模型参数: + +对于拟合函数$y = ax + b$,最小化平方误差之和: + +$$ +S(a,b) = \sum_{i=1}^{n}(y_i - ax_i - b)^2 +$$ + +通过偏导求驻点建立法方程: + +$$ +\frac{\partial S}{\partial a}=0,\quad \frac{\partial S}{\partial b}=0 +$$ + +由此解出最优参数$a, b$。 + +## 五、条件极值与拉格朗日乘数法 + +求函数$f(x,y)$在约束条件$g(x,y)=0$下的极值。 + +构建拉格朗日函数: + +$$ +L(x,y,\lambda)=f(x,y)-\lambda g(x,y) +$$ + +其中$g(x,y)=h(x,y)-c$为约束函数。 + +由方程组: + +$$ +\nabla L = 0 \Rightarrow +\begin{cases} +f_x(x,y)-\lambda g_x(x,y)=0 \\ +f_y(x,y)-\lambda g_y(x,y)=0 \\ +g(x,y)=0 +\end{cases} +$$ + +求解确定极值点。 + +## 六、含参变量的积分、广义积分与欧拉积分 + +### 1. 含参变量积分 + +积分形式: + +$$ +F(a)=\int_{u(a)}^{v(a)} f(x,a)\,dx +$$ + +求导法则(Leibniz公式): + +$$ +F'(a)=f[v(a),a]\cdot v'(a)-f[u(a),a]\cdot u'(a)+\int_{u(a)}^{v(a)} \frac{\partial f}{\partial a}(x,a)\,dx +$$ + +### 2. 广义积分 + +例如: + +$$ +\int_{0}^{+\infty} f(x,a)\,dx +$$ + +判断广义积分收敛的常用方法: + +- 比较判别法 +- 极限判别法 + +### 3. 欧拉积分 + +- 第一类欧拉积分(Beta函数): + +$$ +B(x,y)=\int_0^1 t^{x-1}(1-t)^{y-1}\,dt,\quad x>0,y>0 +$$ + +- 第二类欧拉积分(Gamma函数): + +$$ +\Gamma(x)=\int_0^{+\infty} t^{x-1}e^{-t}\,dt,\quad x>0 +$$ + +- 两者关系: + +$$ +B(x,y)=\frac{\Gamma(x)\Gamma(y)}{\Gamma(x+y)} +$$ + +## 七、重积分 + +### 二重积分定义 + +设区域$D$为闭区域,则二重积分表示为: + +$$ +\iint_{D} f(x,y)\,dxdy +$$ + +### 计算方法 + +- 直角坐标系下的积分: + +$$ +\iint_{D} f(x,y)\,dxdy=\int_{x=a}^{x=b}\int_{y=g_1(x)}^{y=g_2(x)} f(x,y)\,dydx +$$ + +- 极坐标变换: + +$$ +x=r\cos\theta,\quad y=r\sin\theta,\quad dxdy=r\,drd\theta +$$ + +### 应用 + +- 求面积、体积、质量、重心等 +- 交换积分次序 (Fubini定理): + +$$ +\int_{x=a}^{x=b}\int_{y=c}^{y=d}f(x,y)\,dydx=\int_{y=c}^{y=d}\int_{x=a}^{x=b}f(x,y)\,dxdy +$$ diff --git a/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.pdf b/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.pdf new file mode 100644 index 0000000..d1dc757 Binary files /dev/null and b/otherdocs/数分笔记/数学分析完整笔记.pdf differ diff --git a/otherdocs/数字电路/数字电路基础.md b/otherdocs/数字电路/数字电路基础.md new file mode 100644 index 0000000..726d8bc --- /dev/null +++ b/otherdocs/数字电路/数字电路基础.md @@ -0,0 +1,400 @@ + +## 一、逻辑代数定律和计算规则 + +| 定律/规则名称 | 表达式 | 解释 | +| --------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | ------------------- | +| 恒等律 | $A + 0 = A$
$A \cdot 1 = A$ | 任何变量与0相加或与1相乘等于自身 | +| 零律 | $A + 1 = 1$
$A \cdot 0 = 0$ | 任何变量与1相加或与0相乘等于1或0 | +| 幂等律 | $A + A = A$
$A \cdot A = A$ | 任何变量与自身相加或相乘等于自身 | +| 互补律 | $A + \overline{A} = 1$
$A \cdot \overline{A} = 0$ | 任何变量与其补码相加等于1,相乘等于0 | +| **交换律** | | | +| 加法交换律 | $A + B = B + A$ | 加法运算的交换律 | +| 乘法交换律 | $A \cdot B = B \cdot A$ | 乘法运算的交换律 | +| **结合律** | | | +| 加法结合律 | $(A + B) + C = A + (B + C)$ | 加法运算的结合律 | +| 乘法结合律 | $(A \cdot B) \cdot C = A \cdot (B \cdot C)$ | 乘法运算的结合律 | +| **分配律** | | | +| 乘法分配律 | $A \cdot (B + C) = A \cdot B + A \cdot C$ | 乘法对加法的分配律 | +| 加法分配律 | $A + (B \cdot C) = (A + B) \cdot (A + C)$ | 加法对乘法的分配律 | +| **吸收律** | | | +| 吸收律1 | $A + A \cdot B = A$ | 吸收律的第一种形式 | +| 吸收律2 | $A \cdot (A + B) = A$ | 吸收律的第二种形式 | +| **德摩根定律** | | | +| 德摩根定律1 | $\overline{A + B} = \overline{A} \cdot \overline{B}$ | 逻辑加法的德摩根定律 | +| 德摩根定律2 | $\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}$ | 逻辑乘法的德摩根定律 | +| **简化定律** | | | +| 简化定律1 | $A + \overline{A} \cdot B = A + B$ | 简化逻辑表达式 | +| 简化定律2 | $A \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot B$ | 简化逻辑表达式 | +| **共识定律** | | | +| 共识定律 (积之和形式) | $AB + \overline{A}C + BC = AB + \overline{A}C$ | 较难,常用于逻辑化简。项 `BC` 是 `AB` 和 `A`C 的共识项,是冗余的。 | +| 共识定律 (和之积形式) | $(A+B)(\overline{A}+C)(B+C) = (A+B)(\overline{A}+C)$ | 较难,常用于逻辑化简。项 `(B+C)` 是 `(A+B)` 和 `(A`+C) 的共识项,是冗余的。| +| **反演定律** | | | +| 反演定律 | $A = \overline{\overline{A}}$ | 变量的双重否定等于自身 | + +### 推导过程 + +1. **基本定律** + - **恒等律**:$A + 0 = A$ 和 $A \cdot 1 = A$ 是逻辑代数的基本定义。 + - **零律**:$A + 1 = 1$ 和 $A \cdot 0 = 0$ 也是逻辑代数的基本定义。 + - **幂等律**:$A + A = A$ 和 $A \cdot A = A$ 是因为逻辑加法和乘法运算的特性。 + - **互补律**:$A + \overline{A} = 1$ 和 $A \cdot \overline{A} = 0$ 是逻辑变量和其补码的定义。 + +2. **交换律** + - **加法交换律**:$A + B = B + A$ 是逻辑加法的交换特性。 + - **乘法交换律**:$A \cdot B = B \cdot A$ 是逻辑乘法的交换特性。 + +3. **结合律** + - **加法结合律**:$(A + B) + C = A + (B + C)$ 是逻辑加法的结合特性。 + - **乘法结合律**:$(A \cdot B) \cdot C = A \cdot (B \cdot C)$ 是逻辑乘法的结合特性。 + +4. **分配律** + - **乘法分配律**:$A \cdot (B + C) = A \cdot B + A \cdot C$ 是逻辑乘法对加法的分配特性。 + - **加法分配律**:$A + (B \cdot C) = (A + B) \cdot (A + C)$ 是逻辑加法对乘法的分配特性。 + +5. **吸收律** + - **吸收律1**:$A + A \cdot B = A$ 可以从 $A + A \cdot B = A \cdot (1 + B) = A \cdot 1 = A$ 推导得出。 + - **吸收律2**:$A \cdot (A + B) = A$ 可以从 $A \cdot (A + B) = A \cdot A + A \cdot B = A + A \cdot B = A$ 推导得出。 + +6. **德摩根定律** + - **德摩根定律1**:$\overline{A + B} = \overline{A} \cdot \overline{B}$ 是逻辑加法的德摩根定律。 + - **德摩根定律2**:$\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}$ 是逻辑乘法的德摩根定律。 + +7. **简化定律** + - **简化定律1**:$A + \overline{A} \cdot B = A + B$ 可以从 $A + \overline{A} \cdot B = (A + \overline{A}) \cdot (A + B) = 1 \cdot (A + B) = A + B$ 推导得出。 + - **简化定律2**:$A \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot B$ 可以从 $A \cdot (\overline{A} + B) = A \cdot \overline{A} + A \cdot B = 0 + A \cdot B = A \cdot B$ 推导得出。 + +8. **共识定律** + - **共识定律**:$(A + B) \cdot (\overline{A} + C) = (A + B) \cdot (\overline{A} + C) \cdot (B + C)$ 可以从 $(A + B) \cdot (\overline{A} + C) = (A + B) \cdot (\overline{A} + C) \cdot (B + C)$ 推导得出,因为 $(A + B) \cdot (\overline{A} + C) \leq (B + C)$。 + +9. **反演定律** + - **反演定律**:$A = \overline{\overline{A}}$ 是逻辑变量的双重否定特性。 + +--- +## 二、基本门电路 + +### 1. 非门 + +$$ +Y = \overline{A} +$$ + + + +### 2. 与门 + +$$ +Y = A \cdot B +$$ + +**真值表:** + +| 输入 A | 输入 B | 输出 Y | +| --- | --- | --- | +| 0 | 0 | 0 | +| 0 | 1 | 0 | +| 1 | 0 | 0 | +| 1 | 1 | 1 | + + + +### 3. 或门 + +$$ +Y = A + B +$$ + +**真值表:** + +| 输入 A | 输入 B | 输出 Y | +| --- | --- | --- | +| 0 | 0 | 0 | +| 0 | 1 | 1 | +| 1 | 0 | 1 | +| 1 | 1 | 1 | + + + +### 4. 与非门 +与非门是“与门”和“非门”的结合。 +$$ +Y = \overline{A \cdot B} +$$ + +**真值表:** + +| 输入 A | 输入 B | 输出 Y | +|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 1 | +| 0 | 1 | 1 | +| 1 | 0 | 1 | +| 1 | 1 | 0 | + + + +### 5. 或非门 +或非门是“或门”和“非门”的结合。 +$$ +Y = \overline{A + B} +$$ + +**真值表:** + +| 输入 A | 输入 B | 输出 Y | +|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 1 | +| 0 | 1 | 0 | +| 1 | 0 | 0 | +| 1 | 1 | 0 | + + + +### 6. 异或门 +当两个输入不相同时,输出为高电平(1);当两个输入相同时,输出为低电平(0)。这也被称为“半加器”的求和逻辑。 + +**逻辑表达式:** +$$ +Y = A \oplus B +$$ + +**真值表:** + +| 输入 A | 输入 B | 输出 Y | +|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 0 | +| 0 | 1 | 1 | +| 1 | 0 | 1 | +| 1 | 1 | 0 | + +--- +## 三、编码 + +### 1. 原码、反码和补码 +为了在二进制系统中表示正负数,我们通常会使用最高位作为**符号位**。 +* 符号位为 **0** 代表**正数**。 +* 符号位为 **1** 代表**负数**。 + + + +#### **原码** + + +* **规则**: 符号位 + 数值的绝对值的二进制表示。 +* **正数**: 符号位为0,其余位表示数值。 + * 例如,$+12$ 的原码是 **00001100**。 +* **负数**: 符号位为1,其余位表示数值。 + * 例如,$-12$ 的原码是 **10001100**。 +* **缺点**: + 1. 零的表示不唯一:$+0$ 是 **00000000**,$-0$ 是 **10000000**。 + 2. 进行加减法运算时,需要单独处理符号位,硬件实现复杂。 + +#### **反码** + +反码的出现是为了简化减法运算。 + +* **规则**: + * **正数**的反码与其原码**相同**。 + * **负数**的反码是在其**原码**的基础上,**符号位不变**,其余各位**按位取反**。 +* **示例**: + * $+12$ 的原码是 `00001100`,其反码也是 **00001100**。 + * $-12$ 的原码是 `10001100`,其反码是 **11110011** (符号位1不变,后面7位 `0001100` 按位取反得到 `1110011`)。 +* **缺点**: + * 仍然存在“双零”问题:$+0$ 的反码是 **00000000**,$-0$ 的反码是 **11111111**。 + * 跨零运算会产生循环进位问题。 + +#### **补码** + +补码是现代计算机系统中最常用的有符号数表示法,它解决了原码和反码的缺点。 + +* **规则**: + * **正数**的补码与其原码**相同**。 + * **负数**的补码是其**反码加 1**。 +* **求负数补码的方式**: + * 从其原码的**最低位(最右边)**向左找,找到的**第一个 1** 保持不变,这个 1 **左边**的所有位(不含符号位)按位取反,符号位仍为1。 +* **示例**: + * $+12$ 的补码是 **00001100**。 + * $-12$ 的补码求法: + 1. 原码: `10001100` + 2. 反码: `11110011` + 3. 加 1: `11110011 + 1` = **11110100**。 +* **优点**: + 1. **零的表示唯一**: **00000000**。 + 2. **简化运算**: 可以将减法运算转换为加法运算。例如,计算 $A - B$ 等同于计算 $A + (-B)$ 的补码。 + 3. 对于一个 $n$ 位的补码系统,其表示范围为 $[-2^{n-1}, 2^{n-1}-1]$。例如,8位补码的范围是 $[-128, 127]$。 + +**总结表格 (以 ±12 为例)** + +| 值 | 原码 | 反码 | 补码 | +|:---:|:---:|:---:|:---:| +| +12 | 00001100 | 00001100 | 00001100 | +| -12 | 10001100 | 11110011 | 11110100 | + + + +### 2. BCD 码 + +BCD码是用**二进制**来表示**十进制**数的一种编码方式。它与直接将十进制数转换为二进制数不同。 + +* **规则**: 用 **4 位二进制数**来表示一位十进制数(0-9)。最常用的是 **8421 BCD 码**,其中各位的权值从高到低分别是 8、4、2、1。 +* **特点**: + * 它介于二进制和十进制之间,便于人机交互(如数码管显示、计算器)。 + * 运算比纯二进制复杂,但比直接处理十进制字符简单。 + * 由于用4位二进制表示一位十进制数,所以 `1010` 到 `1111` 这 6 个码是无效或非法的。 + +**BCD 码对照表** + +| 十进制 | BCD 码 | +|:---:|:---:| +| 0 | 0000 | +| 1 | 0001 | +| 2 | 0010 | +| 3 | 0011 | +| 4 | 0100 | +| 5 | 0101 | +| 6 | 0110 | +| 7 | 0111 | +| 8 | 1000 | +| 9 | 1001 | + +**示例**: +将十进制数 **129** 转换为 BCD 码。 + +1. 将每一位十进制数分开:`1`、`2`、`9`。 +2. 将每一位分别转换为对应的4位BCD码: + * $1 \rightarrow 0001$ + * $2 \rightarrow 0010$ + * $9 \rightarrow 1001$ +3. 将它们组合起来: + $$ + (129)_{10} = (0001 \ 0010 \ 1001)_{\text{BCD}} + $$ +**对比**: 如果将 (129)₁₀ 直接转换为纯二进制,结果是 **10000001**。这与它的 BCD 码是完全不同的。 +--- +## 四、加法器、编码器、译码器、选择器、比较器 +--- +## 五、触发器 + +### 1. RS 触发器 + +最基本的触发器,但存在一个不确定状态,在实际应用中较少直接使用。 + +* **输入**: $S$ (Set, 置位), $R$ (Reset, 复位) +* **输出**: $Q$ (状态输出), $\overline{Q}$ (反向输出) + +#### **功能表** +这张表描述了在不同输入下,下一个状态 $Q_{n+1}$ 是什么。 + +| $S$ | $R$ | $Q_{n+1}$ | 功能 | +|:---:|:---:|:---:|:---| +| 0 | 0 | $Q_n$ | 保持 | +| 0 | 1 | 0 | 复位/置0 | +| 1 | 0 | 1 | 置位/置1| +| 1 | 1 | **?** | **禁止/不定** | + +#### **特性方程** +$$ +Q_{n+1} = S + \overline{R}Q_n \quad (\text{约束条件: } S \cdot R = 0) +$$ + +#### **激励表** +这张表在电路设计时非常有用,它回答了“为了让状态从 $Q_n$ 变为 $Q_{n+1}$,输入 $S$ 和 $R$ 应该是什么?”。(X表示Don't Care,即0或1均可) + +| $Q_n$ | $Q_{n+1}$ | $S$ | $R$ | +|:---:|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 0 | X | +| 0 | 1 | 1 | 0 | +| 1 | 0 | 0 | 1 | +| 1 | 1 | X | 0 | + + +### 2. JK 触发器 + +JK 触发器是 RS 触发器的改进版,它解决了 RS 触发器的“禁止”状态问题,是最通用的触发器。 + +* **输入**: $J$ (功能类似 $S$), $K$ (功能类似 $R$) +* **输出**: $Q$, $\overline{Q}$ + +#### **功能表** + +| $J$ | $K$ | $Q_{n+1}$ | 功能 | +|:---:|:---:|:---:|:---| +| 0 | 0 | $Q_n$ | 保持 | +| 0 | 1 | 0 | 复0 | +| 1 | 0 | 1 | 置1 | +| 1 | 1 | $\overline{Q_n}$ | **翻转 ** | + +*JK触发器将RS触发器的禁止状态(1,1输入)变成了一个非常有用的**翻转**功能。* + +#### **特性方程** +$$ +Q_{n+1} = J\overline{Q_n} + \overline{K}Q_n +$$ + +#### **激励表** + +| $Q_n$ | $Q_{n+1}$ | $J$ | $K$ | +|:---:|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 0 | X | +| 0 | 1 | 1 | X | +| 1 | 0 | X | 1 | +| 1 | 1 | X | 0 | + + +### 3. D 触发器 +D 触发器的功能非常直接:在时钟脉冲到来时,将输入 $D$ 的值传递给输出 $Q$。它常被用作数据锁存器或移位寄存器的基本单元。 + +* **输入**: $D$ (Data) +* **输出**: $Q$, $\overline{Q}$ + +#### **功能表** + +| $D$ | $Q_{n+1}$ | 功能 | +|:---:|:---:|:---| +| 0 | 0 | 置0 | +| 1 | 1 | 置1 | + +*无论当前状态 $Q_n$ 是什么,下一个状态 $Q_{n+1}$ 都等于时钟边沿到来时的 $D$ 输入值。* + +#### **特性方程 ** +$$ +Q_{n+1} = D +$$ + +#### **激励表 ** + +| $Q_n$ | $Q_{n+1}$ | $D$ | +|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 0 | +| 0 | 1 | 1 | +| 1 | 0 | 0 | +| 1 | 1 | 1 | + + + +### 4. T 触发器 + +T 触发器是一个翻转触发器。当输入 $T=1$ 时,状态翻转;当 $T=0$ 时,状态保持不变。它常用于构建计数器。 + +* **输入**: $T$ +* **输出**: $Q$, $\overline{Q}$ + +#### **功能表** + +| $T$ | $Q_{n+1}$ | 功能 | +|:---:|:---:|:---| +| 0 | $Q_n$ | 保持 | +| 1 | $\overline{Q_n}$ | 翻转 | + +#### **特性方程** +$$ +Q_{n+1} = T \oplus Q_n = T\overline{Q_n} + \overline{T}Q_n +$$ + +#### **激励表** + +| $Q_n$ | $Q_{n+1}$ | $T$ | +|:---:|:---:|:---:| +| 0 | 0 | 0 | +| 0 | 1 | 1 | +| 1 | 0 | 1 | +| 1 | 1 | 0 | + diff --git a/otherdocs/数字电路/数字电路基础.pdf b/otherdocs/数字电路/数字电路基础.pdf new file mode 100644 index 0000000..1657752 Binary files /dev/null and b/otherdocs/数字电路/数字电路基础.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.md new file mode 100644 index 0000000..fddc9e6 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.md @@ -0,0 +1,207 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 1.1 线性方程组 +## (1) 矩阵与增广矩阵 + $$ + 2x_1 - x_2 + 1.5x_3 = 8 + $$ + $$ + x_1 - 4x_3 = -7 + $$ + +* 矩阵 (Matrix) + +$$ +\begin{bmatrix} +2 & -1 & 1.5\\ +1 & 0 & -4 +\end{bmatrix} +$$ + +* 增广矩阵 (Augmented Matrix) + +$$ +\begin{bmatrix} +2 & -1 & 1.5 & 8\\ +1 & 0 & -4 & -7 +\end{bmatrix} +$$ + +* 线性方程组解的三种情况: +1. 无解 (不相容) (incompatibility) +2. 有唯一解 (相容) (compatibility) +3. 有无穷多解 (相容) (compatibility) + + +## (2) 矩阵变换 + +* 倍加 +* 对换 +* 倍乘 + + +# 1.2 行化简与阶梯形矩阵 + +>**先导元素 (Leading element)** +**定义** +一个矩阵称为阶梯形(或行阶梯形),若它有以下三个性质: +l.每一非零行都在每一零行之上. +2.某一行的先导元素所在的列位于前一行先导元素的右边 +3.某一先导元素所在列下方元素都是零. +若一个阶梯形矩阵还满足以下性质,贝则称它为简化阶梯形(或简化行阶梯形) . +4.每一非零行的先导元素是 1. +5.每一先导元素 1 是该元素所在列的唯一非零元素 + + + +>**定理1** (简化阶梯形矩阵的唯一性) +每个矩阵行等价于唯一的简化阶梯形矩阵. + + +>**主元位置 (Pivot position)** +**定义** +矩阵中的主元位置是A中对应于它的阶梯形中先导元素 1 的位直.主元列是$A$的含有主元往直的列 + +>**定理2** (存在与唯一性定理) +线性方程组相容的充要条件是增广矩阵的最右列不是主元列.也就是说增广矩阵的阶梯形没有形如 +$[0 \ \ \cdots \ \ 0 \ \ b] \ \ ,\ \ b\neq0$ + +>的行若线性方程组相容,则它的解集可能有两种情形: +( i )当没有自由变量时,有唯一解; +( ii )若至少有一个自由变量,则有无穷多解. + +# 1.3 向量方程 + +$$u= +\begin{bmatrix} +\ 2 \ \\ +\ 1 \ +\end{bmatrix} +$$ + +>满足加法乘法的性质 + +* 线性组合 + $y=x_1c_1+\cdots+x_ic_i$ 中 $c_i$ 为权 + +* 向量张成 (生成) + + $span\{x_1,x_2,\cdots,x_i\}$ + 即判断 + $y=x_1c_1+\cdots+x_ic_i$ + 是否有解;或 + $\begin{bmatrix} + \ x_1\ x_2\ \cdots \ x_3 \ y\\ + \end{bmatrix}$ + 是否有解 + +# 1.4 矩阵方程 Ax=b + +>**定义** +若$A$是$m \times n$矩阵,它的各列为 $a$ +若 $x$ 是$R$n中的向量,则 $A$ 与 $x$ 的积(记为$Ax$) 就是 $A$ 的各列以 $x$ 中对应元素为权的线性组合 + +>**定理3** +$Ax=b$ +等价于 +$\begin{bmatrix} + \ a_1\ a_2\ \cdots \ a_3 \ \ b\\ + \end{bmatrix}$ + + +* 解的存在性 + +>**方程Ax = b 有解当且仅当 b 是 A 的各列的线性组合.** + + + +>**定理4** +设 $A$ 是 $m \times n$ 矩阵,则下列命题是逻辑上等价的. +也就是说,对某个 $Ax = b$ 它们都成立或者都不成立. +a. 对$R$m中每个 $b$ ,方程 $Ax=b$ 有解. +b. $R$m中的每个 $b$ 都是 $A$ 的列的一个线性组合. +c. $A$ 的各列生成$R$m. +d. $A$ 在每一行都有一个主元位置. + +>**计算** +计算 $Ax$ 的行-向量规则 +若乘积 $Ax$ 有定义,则 $Ax$ 中的第 $i$ 个元素是 $A$ 的第 $i$ 行元素与 $x$ 的相应元素乘积之和. + +>**定理5** +若 $A$ 是 $m\times n$ 矩阵,$u$ 和 $v$ 是$R$n中向量, $c$ 是标量,如: +a. $A(u+v) = Au+Av.$ +b. $A(cu) = c(Au).$ + +# 1.5 线性方程组的解集 +* 齐次线性方程组 + +>齐次方程 $Ax=0$ 有非平凡解当且仅当方程至少有一个自由变量. + +>**定理6** +设方程 $Ax=b$ 对某个 $b$ 是相容的, $p$ 为一个特解,则 $Ax=b$ 的解集是所有形如 +$w = p+v_h$ +>的向量的集, 其中 $v$h 是齐次方程 $Ax=0$ 的任意一个解. + +# 1.7 线性无关 + +>**定义** +向量方程 $0=x_1c_1+\cdots+x_ic_i$ 仅有平凡解(trivial solution) 向量组 (集) 称为线性无关的 (linearly independent) +若存在不全为零的权 +$c_i$ +使 +$x_1c_1+\cdots+x_ic_i+0$ +则向量组 (集) 称为线性相关的 (linearly dependent) + +>**矩阵 $A$ 的各列线性无关,当且仅当方程 $Ax=0$ 仅有平凡** + +>**定理7** (线性相关集的特征) +两个或更多个向量的集合 +$S=\{v_1,v_2,\cdots,v_p\}$ +>线性相关,当且仅当 $S$ 中至少有一个向量是其他向量的线性组合. + +>**定理8** +若一个向量组的向量个数超过每个向量的元素个数,那么这个向量组线性相关.就 +是说, $R$n 中任意向量组 +$\{v_1,v_2,\cdots,v_p\}$ +>当 $p>n$ 时线性相关. + +>**定理9** +若 $R$n 中向量组 +$S=\{v_1,v_2,\cdots,v_p\}$ +>包含零向量,则它线性相关 + +# 1.8 线性变换介绍 +* 变换(transformation)(或称函数、映射(map)) $T$ 是一个规则 +* $T$ : $R$n → $R$m + $R$n称为 $T$ 的定义域 (domain) + $R$m称为 $T$ 的余定义域 (codomain) (或取值空间) + +* 线性变换 +$$T(0) = 0$$ +$$T(cu+ dv) = cT(u) + dT(v)$$ + +# 1.9 线性变换的矩阵 + +>**定理10** +设 $T$ : $R$n → $R$m 为线性变换,则存在唯一的矩阵 $A$ ,使得对 $R$n中一切 $x$ 满足 $T(x)=Ax$ + +* 满射 + >映射 $T$ : $R$n → $R$m 称为到 $R$m 上的映射,若 $R$m 中每个 $b$ 是 $R$n 中至少一个 $x$ 的像. + + >“满射” 的英文是 “surjective” 或 “surjection” 或 “onto mapping” 或 “onto function” + + +* 单射 + >映射 $T$ : $R$n → $R$m 称为一对一映射(或1:1),若 $R$m 中每个 $b$ 是 $R$m 中至多一个 $x$ 的像. + + >“单射” 的英文是 “injective” 或 “injection” 或 “one-to-one mapping” 或 “one-to-one function” + + +>**定理11** +设 $T$ : $R$n → $R$m 为线性变换,则 $T$ 是一对一的当且仅当方程 $Ax=0$ 仅有平凡解. + +>**定理12** +设 $T$ : $R$n → $R$m 为线性变换,设 $A$ 为 $T$ 的标准矩阵,则: +a. $T$ 把 $R$n 映上到 $R$m ,当且仅当 $A$ 的列生成 $R$m. +b. $T$ 是一对一的,当且仅当 $A$ 的列线性无关. + + diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.pdf new file mode 100644 index 0000000..2917b43 Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第一章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.md new file mode 100644 index 0000000..0ca5d91 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.md @@ -0,0 +1,17 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 7.1 对称矩阵的对角化 + +就是$A^T=A$ + +>**定理1** 如果 $A$ 是对称矩阵,那么不同特征空间的任意两个特征向量是正交的. + +>**定理2** 一个$n \times n$ 矩阵 $A$ 可正交对角化的充分必要条件是 $A$ 是对称矩阵. + +# 7.2 二次型 +* 二次型是一个定义在 $R$n 上的函数, 它在向量 $x$ 处的值可由表达式$Q(x) = x^T Ax$ 计算,其中 $A$ 是一个 $n \times n$ 对称矩阵.矩阵 $A$ 称为关于二次型的矩阵. +# 7.4 SVD +SVD是奇异值分解(Singular Value Decomposition)的英文缩写。它是一种重要的矩阵分解方法。对于任意一个实矩阵$A_{m\times n}$($m$行$n$列),都可以分解为 +$$A = U\Sigma V^{T}$$ +的形式。其中$U$是$m\times m$的正交矩阵,$V$是$n\times n$的正交矩阵,$\Sigma$是$m\times n$的对角矩阵,其对角线上的元素$\sigma_{ii}$($i = 1,2,\cdots,\min(m,n)$)称为奇异值,并且$\sigma_{ii}\geq0$,这些奇异值按照从大到小的顺序排列在$\Sigma$的对角线上。 + + diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.pdf new file mode 100644 index 0000000..bde24bc Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第七章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.md new file mode 100644 index 0000000..a1a5cb3 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.md @@ -0,0 +1,46 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 第 3 章 行列式(determinant) +# 3.1 行列式介绍 +* 人话版本: +>我的方法: +>1、选择一行零最多的, +>2、他的位置是第($i$,$j$),那就删去第$i$行,第$j$列,剩下的就是(余因子) +>3、这一行每个数都这样算$a_{ij} \times |C_{ij}| \times (-1)^{i+j}$,最后求和 + +>**定理 2** +>若 $A$ 为三角阵,则 det$A$ 等于 $A$ 的主对角线上元素的乘积 + +# 3.2 行列式的性质 +>**定理3 (行变换)** +>令 $A$ 是一个方阵. +>a. 若 $A$ 的某一行的倍数加到另一行得矩阵B , 则det $B$ = det $A$ . +>b 若 $A$ 的两行互换得矩阵 $B$ , 则 det $B$ = - det $A$. +>c. 若 $A$ 的某行来以 $k$ 倍得到矩阵 $B$ , 则det $B$ = $k$ det $A$ . +>** 补充 +>$$\vert A^T\vert=\vert A\vert$$ +>$$\vert A^{-1}\vert=\frac{1}{\vert A\vert}$$ +> +>$$|A^{*}|=|A|^{n - 1}$$ +>$$\vert kA\vert=k^{n}\vert A\vert$$ + +>**定理4** +> 方阵 $A$ 是可逆的当且仅当 det $A \neq 0$ + +>**定理5** +> 若 $A$ 为一个 $n \times n$ 矩阵,则det $A^T$ = det $A$. + +>**定理6 (乘法的性质)** +若 $A$ 和 $B$ 均为 $n \times n$ 矩阵,则 det $AB$ = (det $A$)( det $B$) . + +* 行列式与秩的关系 +>$\text{det}(A)\neq0$那么矩阵$A$是满秩的,秩$\text{rank}(A) = n$。这是因为行列式不为零意味着矩阵的列(行)向量组是线性无关的 +>也就是齐次线性方程组$Ax=0$的充要条件是系数矩阵秩$\text{rank}(A) = n$ + +* **$r(A) = n$** $\Leftrightarrow$ **$|A| \neq 0$** $\Leftrightarrow$ **齐次线性方程组 $Ax = 0$ 只有零解 $\Leftrightarrow$ 可逆** + +# 3.3 克拉默法则 +>**定理7 (克拉默法则)** +设 $A$ 是一个可逆的 $n \times n$ 矩阵,对 $R$m 中任意向量 $b$ , 方程 $Ax =b$ 的唯一解可由下式给出: +$$\displaystyle x_i=\frac{det \ \ A_i(b)}{det \ \ A},i=1,2,\cdots,,n$$ + +~~不太能解释~~ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.pdf new file mode 100644 index 0000000..d43c195 Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第三章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.md new file mode 100644 index 0000000..7c75581 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.md @@ -0,0 +1,61 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 第 2 章 矩阵代数 +# 2.1 矩阵运算 +加减乘 +# 2.2 矩阵的逆 +>不可逆矩阵有时称为**奇异矩阵**,而可逆矩阵也称为**非奇异矩阵**. +$$A^{-1}A=I$$ +$$A^{-1}=\frac{1}{det A} \times A_{adj}$$ +$A_{adj}$是伴随矩阵(adjugate matrix) +$$(A^{-1})^{-1}=A$$ +$$(AB)^{-1}=A^{-1}B^{-1}$$ + +>若干个$n \times n$ 可逆矩阵的积也是可逆的,其逆等于这些矩阵的逆按相反顺序的乘积 +>~~看不懂,不爱用这种方法~~ + +求法(我常用): +$$[\ A\ \ \ I\ ]=[\ I\ \ \ A^{-1}\ ] $$ + +# 2.3 矩阵的特征 + +* 挺多的 + + +# 2.4 分块矩阵 +* 没什么特别的 + +# 2.5 LU分解 +>L 是 $m \times m$ 下三角矩阵, 主对角线元素全是1, +>$A=LU$ +>AI写的: + +* Doolittle分解(LU分解的一种常见形式) +* 原理 对于一个$n \times n$矩阵 $A$,将其分解为一个下三角矩阵$L$,主对角线元素为1和一个上三角矩阵$U$的乘积,即$A = LU$。 +> 计算步骤 +> 1. **设定矩阵形式** 设 +$$A=\left[\begin{array}{cccc}a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}\\a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}\end{array}\right]$$ +$$L=\left[\begin{array}{cccc}1&0&\cdots&0\\l_{21}&1&\cdots&0\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\l_{n1}&l_{n2}&\cdots&1\end{array}\right]$$ +$$U=\left[\begin{array}{cccc}u_{11}&u_{12}&\cdots&u_{1n}\\0&u_{22}&\cdots&u_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\0&0&\cdots&u_{nn}\end{array}\right]$$ +> 2. **计算$U$的第一行和$L$的第一列** +$$u_{1j}=a_{1j}(j = 1,2,\cdots,n)$$ +$$l_{i1}=\frac{a_{i1}}{u_{11}}(i = 2,3,\cdots,n)$$ +> 3. **对于$k = 2,3,\cdots,n$,分别计算$U$的第$k$行和$L$的第$k$列计算$U$的第$k$行**: +$$u_{kj}=a_{kj}-\sum_{m = 1}^{k - 1}l_{km}u_{mj}(j = k,k + 1,\cdots,n)$$ +>**计算$L$的第$k$列**: +$$l_{ik}=\frac{1}{u_{kk}}(a_{ik}-\sum_{m = 1}^{k - 1}l_{im}u_{mk})(i = k + 1,k + 2,\cdots,n)$$ + +>*示例* +>对于矩阵 +$$A=\left[\begin{array}{ccc}2&1&1\\4&3&3\\8&7&9\end{array}\right]$$ +>1. **第一步计算** +>首先$u_{11}=2$, $u_{12}=1$,$u_{13}=1$,$l_{21}=\frac{4}{2}=2$,$l_{31}=\frac{8}{2}=4$ +>2. **第二步计算** 然后计算 +> $u_{22}=a_{22}-l_{21}u_{12}=3 - 2×1 = 1$, +> $u_{23}=a_{23}-l_{21}u_{13}=3 - 2×1 = 1$ +>4. **第三步计算** +$$l_{32}=\frac{1}{u_{22}}(a_{32}-l_{31}u_{12})=\frac{1}{1}(7 - 4×1)=3$$ +>5. **第四步计算** 最后 +$$u_{33}=a_{33}-l_{31}u_{13}-l_{32}u_{23}=9 - 4×1 - 3×1 = 2$$ +>6. **得出结果** 得到 +$$L=\left[\begin{array}{ccc}1&0&0\\2&1&0\\4&3&1\end{array}\right]$$ +$$U=\left[\begin{array}{ccc}2&1&1\\0&1&1\\0&0&2\end{array}\right]$$ \ No newline at end of file diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.pdf new file mode 100644 index 0000000..396e92f Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第二章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.md new file mode 100644 index 0000000..052e43f --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.md @@ -0,0 +1,57 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 第5章 特征值与特征向量 +# 5.1 特征向量(eigenvector)与特征值(eigenvalue) + >定义 $A$ 为 $n \times n$ 矩阵,$x$ 为非零向量, 若存在数 $λ$ 使 $Ax=λx$ 有非平凡解 $x$, 则称 $λ$ 为 $A$的特征值,$x$ 称为对应于 $λ$ 的特征向量 +也可写作$(A-λI)x=0$ + +>**定理1** +三角矩阵的主对角线的元素是其特征值. + +>**定理2** +$λ_1,\cdots,λ_r$ 是 $n \times n$ 矩阵 $A$ 相异的特征值,$v_1,\cdots,v_r$是与$λ_1,\cdots,λ_r$对应的特征向量,那么向量集合{$v_1,\cdots,v_r$}线性无关. + + + +* 一、逆矩阵的特征值 +若矩阵$A$可逆,$\lambda$是$A$的特征值,则$A^{-1}$的特征值是$\displaystyle \frac{1}{\lambda}$,特征向量不变。 + +* 二、转置矩阵的特征值 +矩阵$A$与其转置矩阵$A^T$具有相同的特征值。 + +* 三、伴随矩阵的特征值 +若$A$可逆,$A$的特征值为$\lambda_i$($i = 1,2,\cdots,n$,$\lambda_i\neq0$),则伴随矩阵$A^*$的特征值为$\displaystyle \frac{\vert A\vert}{\lambda_i}$,特征向量不变。 + +# 5.2 特征方程(eigen equation) +>**定理(可逆矩阵定理(续))** +设 $A$ 是 $n \times n$ 矩阵,则 $A$ 是可逆的当且仅当 +a.0不是 $A$ 的特征值. +b.$A$ 的行列式不等于零. + + + +>**定理3 (行列式的性质)** +设 $A$ 和 $B$ 是 $n \times n$ 矩阵. +a. $A$ 可逆的元要条件是 det$A \neq 0$. +b. det $AB =$ (det $A$) (det$B$). +c. det $A^T$ = det $A$. +d. 若 $A$ 是三角形矩阵,那么det $A$ 是 $A$ 主对角线元素的乘积. +e. 对 $A$ 作行替换不改变其行列式值.作一次行交换,行列式值符号改变一次数来一行后, +行列式值等于用此数来原来的行列式值. + +>**定理4** +若 $n \times n$ 矩阵 $A$ 和 $B$ 是相似的,那么它们有相同的特征多项式,从而有相同的特征值(和相同的重数). + +# 5.3 对角化(diagonalize) +>**定理5 (对角化定理)** +$n \times n$ 矩阵 $A$ 可对角化的充分必要条件是 $A$ 有 $n$ 个线性无关的特征向量. +事实上, $A=PDP^{-1}$ , $D$ 为对角矩阵的充分必要条件是 $P$ 的列向量是 $A$ 的 $n$ 个线性无关的特征向量.此时,$D$ 的主对角线上的元素分别是 $A$ 的对应于 $P$ 中特征向量的特征值. + +>**定理6** +有 $n$ 个相异特征值的$n \times n$ 矩阵可对角化. + +>**定理7** +~~似乎不重要,因为我也读不懂~~ + +>**定理8 (对角矩阵表示)** +设 $A=PDP^{-1}$ , 其中 $D$ 为 $n \times n$ 对角矩阵,若 $R$n 的基$\beta$由 $P$ 的列向量组成,那么 $D$ 是变换 $x$ → $Ax$的$\beta$-矩阵. + diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.pdf new file mode 100644 index 0000000..471dfd9 Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第五章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.md new file mode 100644 index 0000000..4cd4d06 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.md @@ -0,0 +1,166 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 6.1 内积、长度和正交性 + +* 内积 + 内积的英文是 “inner product” 或 “dot product” +> **定理1** +> 设 $v$,$u$ 和 $w$ 是 $R$n 中的向量, $c$ 是一个数,那么 + + +$a. \ \ \ u \cdot v = v \cdot u$ + +$b.\ \ \ (u +v) \cdot w = u \cdot w +v \cdot w$ + +$c. \ \ \ (cu) \cdot v=c(u \cdot v)=u \cdot (cv)$ + +$d. \ \ \ u \cdot u \geq 0,并且u \cdot u=0 成立的充分必要条件是u=0$ + + +* 向量的长度 + + $$||v|| ^2 = v \cdot v$$ + +$$dist(u,v)=||u-v||$$ + +* 正交向量 + 正交向量的英文是 “orthogonal vectors” 或 “perpendicular vectors” + +>定义如果 $u \cdot v = 0$ ,如 $R$n 中的两个向量 $u$ 和 $v$ 是(相互) 正交的. + +>对于一个方阵$A$,Col$A$中的向量与Nul$A$中的向量正交。 + +>**定理2 (毕达哥拉斯(勾股)定理)** + +$$||u+v||^2=||u||^2+||v||^2$$ + +* 正交补 + 正交补的英文是 “orthogonal complement” + +>1.向量 $x$ 属于 $W$ 的充分必要条件是向量 $x$ 与生成空间 $W$ 的任一向量都正交. +>2. $W$ 止是 $R$n 的一个子空间. + +>**定理3** +$( Row A )$ = $Nul A$ 且 $( ColA )$ = $Nul A$T + +# 6.2 正交集 + * 正交集的英文是 “orthogonal set” 或 “orthonormal set” +>**定理4** +如果 $S=\{x_1,x_2,\cdots,x_i\}$ 是由 $R$n 中非零向量构成的正交集,那么 $S$ 是线性无关集,因此构成 $S$ 所生成的子空间的一组基. + +>**定理5** +假设$\{x_1,x_2,\cdots,x_i\}$是 $R$n 中于空间 $W$ 的正文基,对 $W$ 中的每个向量y,线性组合 $y=x_1c_1+\cdots+x_ic_i$ 中的权可以由 $c_j=(y \cdot u_j)/(u_j \cdot u_j)$计算 + +## 正交投影 **先欠着** ~~懒得写~~ + + +>**定理6** +一个 $m \times n$ 矩阵 U 具有单位正交列向量的充分必要条件是 $U$T $U$ = $I$. + +>**定理7** +假设 $U$ 是一个具有单位正交列的 $m \times n$ 矩阵,且 $x$ 和 $y$ 是 $R$n 中的向量,那么 +a. $||Ux|| = ||x|| .$ +b. $(Ux) \cdot (Uy) =x \cdot y$ +c. $(Ux) \cdot (Uy) = 0$ 的充分必要条件是 $x \cdot y = 0$ + +>**定理9 (最佳逼近定理)** +假设 $W$ 是 $R$n 的一个子空间,$y$ 是 $R$n 中的任意向量, $\widehat{y}$ 是 $y$ 在 $W$ 上的正支投影,那么 $\widehat{y}$ 是 $W$ 中最接近 $y$ 的点,也就是 +$$||y-\widehat{y}||<||y-v||$$ +>对所有属于 $W$ 又异于 $\widehat{y}$ 的 $v$ 成立. + +# 6.4 格拉姆-施密特方法 + +## 格拉姆 - 施密特方法 + +设$\left\{\boldsymbol{v}_{1},\boldsymbol{v}_{2},\cdots,\boldsymbol{v}_{n}\right\}$是内积空间$V$中的一组线性无关向量。 +首先$\boldsymbol{u}_{1}=\boldsymbol{v}_{1}$;对于$k = 2,3,\cdots,n$, +$$\boldsymbol{u}_{k}=\boldsymbol{v}_{k}-\sum_{j = 1}^{k - 1}\frac{\left\langle\boldsymbol{v}_{k},\boldsymbol{u}_{j}\right\rangle}{\left\langle\boldsymbol{u}_{j},\boldsymbol{u}_{j}\right\rangle}\boldsymbol{u}_{j}$$ +即从$\boldsymbol{v}_{k}$中减去它在已构造正交向量$\boldsymbol{u}_{1},\boldsymbol{u}_{2},\cdots,\boldsymbol{u}_{k - 1}$上的投影,得到新正交向量$\boldsymbol{u}_{k}$。 + + +# 6.5 最小二乘问题 +* 最小二乘的英文是 “least squares” 或 “least square method”; +最小二乘解的英文是 “least squares solution”。 + +* **定义** + $$||b-A\widehat{x}||\leq||b-Ax||$$ + +>**定理13** +方程 $Ax=b$ 的最小二乘解集和法方程 $A$T $Ax = A$T $b$ 的非空解集一致. + +>**定理14** +设 $A$ 是 $m \times n$ 矩阵. 下面的条件是逻辑等价的: +a.对于 $R$n 中的每个 $b$ , 方程 $Ax =b$ 有唯一最小二乘解. +b.$A$ 的列是线性无关的. +c.矩阵 $A$T $A$是可逆的. +当这些条件成立时,最小二乘解£有下面的表示: +$$\widehat{x}=( A^T A)^{-1}A^Tb$$ + + +# 6.7 内积空间 + +>**定义** +向量空间 $V$ 上的内积是一个函数,对每一对属于$V$的向量 $u$ 和 $v$,存在一个实数$\langle u,v \rangle$满足下面公理,其中 $u$,$v$,$w$ 属于$V$,$C$ 为所有数. +1.$\langle u,v\rangle= \langle v,u \rangle$ +2.$\langle u +v, w\rangle =\langle u, w\rangle +\langle v,w\rangle$ +3.$\langle$c$u,v\rangle=$c$\langle u, v\rangle$ +4.$\langle u,u\rangle \geq 0$且$\langle u,u\rangle =0$ 的充分必要条件是 $u=0$ +一个赋予上面内积的向量空间称为**内积空间** + +* 内积空间的英文是 “inner product space” 或 “pre-Hilbert space” + + +>**定理16 (柯西-施瓦茨不等式)** +对 $V$ 中任意向量 $u$ 和 $v$,有 +$$|\langle u,v \rangle| \leq ||u||\ \ ||v||$$ + + +>**定理17 (三角不等式)** +对属于$V$ 的所有向量$u$,$v$,有 +$$||u-v||\leq||u||+||v||$$ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.pdf new file mode 100644 index 0000000..d206a71 Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第六章.pdf differ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.md b/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.md new file mode 100644 index 0000000..8d95d91 --- /dev/null +++ b/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.md @@ -0,0 +1,87 @@ +**Copyright © 2024 Simon** +# 第4章 向量空间 +# 4.1 向量空间(vector space)与子空间(subspace) +>向量空间和向量计算法则一样 + +* 子空间 + >定义向量空间 $V$ 的一个子空间是 $V$ 的一个满足以下三个性质的子集 $H$: + a. $V$ 中的零向量在 $H$ 中 + b. $H$ 对向量加法封闭,即对 $H$ 中任意向量 $U$,$V$ , 和 $u + v$ 仍在 $H$ 中. + c. $H$ 对标量乘法封闭, 即对 $H$ 中任意向量 $u$ 和任意标量 $C$ ,向量 $cu$ 仍在 $H$ 中. + + +>**定理1** 若 $v_1,v_2,\cdots,v_p$ 在向量空间 $V$ 中,则$span\{x_1,x_2,\cdots,x_i\}$是 $V$ 的一个子空间. + +# 4.2 零空间、列空间和线性变换 +* 矩阵的零空间(null space) + + >**定义** + 矩阵 $A$ 的零空间写成 $NulA$ , 是齐次方程 $Ax = 0$ 的全体解的集合. + +>**定理2** $m \times n$ 矩阵 $A$ 的零空间是$R$m的一个子空间.等价地, $m$ 个方程、$n$ 个未知数的齐次线性方程组 $Ax = 0$ 的全体解的集合是$R$m的一个子空间 + +* 矩阵的列空间(column space) + >**定义** + $m \times n$矩阵 $A$ 的列空间(记为 $ColA$ ) 是由 $A$ 的列的所有线性组合组成的集合.若 $A=\begin{bmatrix} + \ x_1\ x_2\ \cdots \ x_3 \ \\ + \end{bmatrix}$,则 $ColA = span\{x_1,x_2,\cdots,x_i\}$. + +>**定理3** $m \times n$ 矩阵 $A$ 的列空间是 $R$m 的一个子空间. + +* 线性变换的核与值域 + >线性变换 见1.8 + * 核(零空间 $Nul A$) + >线性变换 $T$ 的核(或零空间)是 $V$ 中所有满足 $T(u) = 0$ 的向量 $u$ 的集合 + +# 4.3 线性无关集(linearly independent set)和基(basis) +* 线性无关 见1.7 + +>**定理5 (生成集定理)** +令$S = \{v_1,v_2,\cdots,v_p\}$是$V$中的向量集,$H = span\{v_1,v_2,\cdots,v_p\}$. +a.若 $S$ 中某一个向量(比如说 $v_k$ ) 是 $S$ 中其余向量的线性组合,则 $S$ 中去掉$v_k$ 后形成的集合仍然可以生成 $H$. +b. 若$H \neq \{0\}$ ,则 $S$ 的某一子集是 $H$ 的一个基. + +* NulA 和ColA 的基 + >**定理6** + 矩阵 $A$ 的主元列构成 $ColA$ 的一个基. + + +# 4.5 向量空间的维数(dimension) +>**定理9** +若向量空间 $V$ 具有一组基(n个基向量), 则 $V$ 中任意包含多于 $n$ 个向量的集合一 +定线性相关. + +~~这是期中考证明题,没做出来~~ + +>**定理10** 若向量空间 $V$ 有一组基含有 $n$ 个向量,则 $V$ 的每一组基一定恰好含有 $n$ 个向量. + +* $NulA$ 的维数是方程 $Ax=0$ 中自由变量的个数,$ColA$ 的维数是 $A$ 中主元列的个数. + +# 4.6 秩(rank) + +* $ColA^T = Row A$. +>**定理13** 若两个矩阵 $A$ 和 $B$ 行等价,则它们的行空间相同.若 $B$ 是阶梯形矩阵,则 $B$ 的非零行构成 $A$ 的行空间的一个基同时也是 $B$ 的行空间的一个基 + +~~?看不太懂~~ + +*以下比较重要* + +>**定义** +$A$ 的秩即 $A$ 的列空间的维数 + +>**定理14 (秩定理)** +$m \times n$ 矩阵 $A$ 的列空间和行空间的维数相等,这个公共的维数(即 $A$ 的秩)还等于 $A$ 的主元位置的个数且,满足方程 +$$rank\ A+dim\ \ Nul \ A = n$$ + +>**定理 (可逆矩阵定理(续))** +令 $A$ 是一个 $n \times n$ 矩阵,则下列命题中的每一个均等价于 $A$ 是可逆矩阵: +a. $A$ 的列构成$R$n的一个基. +b. $ColA=$$R$n. +c. $dim \ ColA = n$. +d. $rank A = n$. +e. $Nul A = \{0\}$. +f. $dim \ NulA=0$. + + +# 4.7 基的变换 +~~先欠着~~ diff --git a/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.pdf b/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.pdf new file mode 100644 index 0000000..142d4a4 Binary files /dev/null and b/otherdocs/高等代数/高等代数第四章.pdf differ