📚 高等数学 · 知识导图

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上册

一元函数微积分
1
函数与极限 待掌握学习中已掌握
高等数学的基石 · 极限思想贯穿全书
极限连续无穷小
核心知识点
  • 映射与函数:定义域、对应法则、反函数、复合函数、初等函数
  • 函数特性:有界性、单调性、奇偶性、周期性
  • 数列极限:ε–N 定义、收敛性
  • 函数极限:ε–δ 定义、左/右极限、x→∞ 的极限
  • 无穷小与无穷大:定义、阶的比较(高阶/低阶/同阶/等价)
  • 极限运算法则:四则运算、复合函数极限
  • 两个重要极限:sin x / x → 1,(1+1/x)^x → e
  • 等价无穷小替换(求极限利器)
  • 函数连续性:定义、间断点分类(第一类/第二类)
  • 闭区间上连续函数性质:最值、有界、零点、介值定理
重要公式 / 定理
两个重要极限 & 夹逼准则
lim(x→0) sinx/x = 1lim(x→∞)(1+1/x)^x = e
夹逼准则:g(x)≤f(x)≤h(x), g→L, h→L ⇒ f→L
易错点:等价无穷小替换只能在乘除法中使用,加减法中不能随意替换;洛必达前必须确认是 0/0 或 ∞/∞ 型。
2
导数与微分 待掌握学习中已掌握
变化率与局部线性近似
导数求导法则微分
核心知识点
  • 导数概念:瞬时变化率、几何意义(切线斜率)、左/右导数、可导与连续关系
  • 求导法则:四则运算、复合函数链式法则、反函数求导
  • 隐函数与参数方程求导
  • 高阶导数:莱布尼茨公式
  • 微分定义:dy = f'(x)dx,可微 ⟺ 可导
  • 微分在近似计算中的应用
重要公式 / 定理
基本求导 & 链式法则
(sinx)'=cosx(cosx)'=-sinx(e^x)'=e^x(lnx)'=1/x
链式法则:[f(g(x))]' = f'(g(x))·g'(x) 莱布尼茨:(uv)^(n) = Σ C(n,k) u^(n-k) v^(k)
易错点:可导必连续,但连续不一定可导(如 |x| 在 x=0);复合函数求导要逐层不漏。
3
微分中值定理与导数的应用 待掌握学习中已掌握
连接导数与函数性态的桥梁 · 考研重点
中值定理洛必达泰勒极值
核心知识点
  • 罗尔定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理
  • 洛必达法则:求未定式极限(0/0, ∞/∞ 型)
  • 泰勒公式:皮亚诺余项与拉格朗日余项
  • 麦克劳林公式(x=0 处的泰勒展开)
  • 函数单调性判定(f' 符号)
  • 曲线凹凸性与拐点(f'' 符号)
  • 极值与最值:极值必要条件、第一/第二充分条件
  • 函数图形描绘:渐近线(水平/铅直/斜)
  • 曲率与曲率半径
  • 方程近似解(牛顿切线法)
重要公式 / 定理
拉格朗日中值定理 & 泰勒展开
f(b)-f(a) = f'(ξ)(b-a), ξ∈(a,b) e^x = 1+x+x²/2!+x³/3!+...+xⁿ/n!+o(xⁿ) sinx = x - x³/3! + x⁵/5! - ... ; cosx = 1 - x²/2! + x⁴/4! - ... ln(1+x) = x - x²/2 + x³/3 - ... ; (1+x)^α = 1+αx+α(α-1)x²/2!+...
高频考点:中值定理证明题(构造辅助函数)、泰勒展开求极限/近似、极值与拐点综合题。务必熟记 8 个常用麦克劳林展开式。
4
不定积分 待掌握学习中已掌握
导数的逆运算 · 积分技巧的核心
换元法分部积分有理函数
核心知识点
  • 原函数与不定积分概念、基本积分表
  • 不定积分性质与线性性质
  • 第一类换元法(凑微分法)
  • 第二类换元法(三角换元、根式换元)
  • 分部积分法:∫u dv = uv - ∫v du
  • 有理函数积分(部分分式分解)
  • 三角有理式、简单无理式积分
重要公式 / 定理
分部积分 & 常用积分
∫u dv = uv - ∫v du
∫e^x dx = e^x+C∫1/x dx = ln|x|+C∫sec²x dx = tanx+C
三角换元:√(a²-x²) → x=a sin t ;√(a²+x²) → x=a tan t
口诀:分部积分 "反对幂指三"(反三角函数、对数、幂函数、指数、三角),排前者取 u。凑微分是基本功,多练。
5
定积分 待掌握学习中已掌握
微积分基本定理 · 连接微分与积分
牛顿莱布尼茨反常积分
核心知识点
  • 定积分概念:分割—近似—求和—取极限,几何意义(曲边梯形面积)
  • 定积分性质:线性、可加性、保号性、估值不等式、积分中值定理
  • 变限积分及其求导(上限函数)
  • 牛顿—莱布尼茨公式(微积分基本定理)
  • 定积分换元法与分部积分法(注意换限)
  • 反常积分:无穷限积分、无界函数积分(瑕积分),敛散性判别
  • Γ 函数与 Β 函数(部分教材)
重要公式 / 定理
牛顿—莱布尼茨公式 & 变限积分
∫ₐᵇ f(x)dx = F(b) - F(a),F'=f d/dx ∫ₐˣ f(t)dt = f(x) d/dx ∫_{φ(x)}^{ψ(x)} f(t)dt = f(ψ)ψ' - f(φ)φ'
注意:定积分换元必须同步改变积分上下限;奇函数在对称区间积分为 0,偶函数为两倍,善用对称性简化计算。
6
定积分的应用 待掌握学习中已掌握
元素法(微元法)思想的应用
面积体积弧长
核心知识点
  • 定积分元素法(微元法)思想:取微元 → 建积分
  • 平面图形面积:直角坐标、参数方程、极坐标
  • 体积:旋转体(圆盘法、圆环法)、平行截面已知的立体
  • 平面曲线弧长:直角坐标、参数方程、极坐标
  • 旋转曲面侧面积
  • 物理应用:变力做功、液体静压力、引力、质心与形心
重要公式 / 定理
几何应用公式
旋转体体积 V = π∫ₐᵇ [f(x)]² dx 弧长 s = ∫ₐᵇ √(1+f'²) dx (直角坐标) 极坐标面积 A = ½∫[r(θ)]² dθ
关键:掌握"取微元"的思维方式,比死记公式更重要。先画图确定积分变量和上下限。
7
常微分方程 待掌握学习中已掌握
用积分求解未知函数的方程
一阶高阶常系数
核心知识点
  • 微分方程基本概念:阶、解、通解、特解、初值问题
  • 可分离变量的微分方程
  • 齐次方程(可化为分离变量)
  • 一阶线性微分方程:常数变易法、积分因子法
  • 伯努利方程
  • 可降阶的高阶方程:y''=f(x)、y''=f(x,y')、y''=f(y,y')
  • 线性微分方程解的结构
  • 二阶常系数齐次线性方程(特征方程法)
  • 二阶常系数非齐次线性方程(待定系数法)
重要公式 / 定理
一阶线性通解 & 特征方程
一阶线性 y'+P(x)y=Q(x):y = e^(-∫Pdx)[∫Q e^(∫Pdx)dx + C] 二阶常系数齐次 ar²+br+c=0: · 不同实根 r₁,r₂:y = C₁e^(r₁x)+C₂e^(r₂x) · 重根 r:y = (C₁+C₂x)e^(rx) · 共轭复根 α±βi:y = e^(αx)(C₁cosβx+C₂sinβx)
易错点:非齐次方程特解要按自由项形式设(指数型、多项式×指数、sin/cos 型),注意共振情况(特征根重合时多乘 x)。

下册

多元函数微积分 · 级数
8
空间解析几何与向量代数 待掌握学习中已掌握
下册的几何基础 · 为多元微积分铺路
向量平面曲面
核心知识点
  • 向量及其线性运算、向量坐标表示
  • 数量积(点积)、向量积(叉积)、混合积
  • 平面方程:点法式、一般式、截距式
  • 空间直线方程:点向式、参数式、一般式
  • 位置关系:面面、线面、线线(夹角与距离)
  • 曲面方程:球面、柱面、旋转曲面、二次曲面(椭球面/抛物面/双曲面)
  • 空间曲线:参数方程、一般方程、投影曲线
重要公式 / 定理
向量运算 & 距离公式
a·b = |a||b|cosθ = a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃ a×b 为向量,|a×b| = |a||b|sinθ,方向由右手定则确定 点 P₀ 到平面 Ax+By+Cz+D=0 距离 d = |Ax₀+By₀+Cz₀+D|/√(A²+B²+C²)
提示:记住常见二次曲面标准方程与图形,对后续重积分和曲面积分画图定限很有帮助。
9
多元函数微分法及其应用 待掌握学习中已掌握
一元微分向多元的推广 · 下册重点
偏导数全微分梯度极值
核心知识点
  • 多元函数概念:定义域、极限、连续
  • 偏导数:定义、计算、高阶偏导数
  • 全微分:定义、可微的必要/充分条件
  • 多元复合函数求导法则(链式法则)
  • 隐函数求导公式(一个方程 / 方程组情形)
  • 空间曲线的切线与法平面
  • 曲面的切平面与法线
  • 方向导数与梯度
  • 多元函数极值:无条件极值、拉格朗日乘数法(条件极值)
  • 最小二乘法(应用)
重要公式 / 定理
全微分 & 梯度 & 链式法则
dz = f_x dx + f_y dy grad f = (f_x, f_y, f_z),方向导数 D_l f = grad f · l⁰ z=f(u,v), u=u(x,y), v=v(x,y):∂z/∂x = ∂z/∂u·∂u/∂x + ∂z/∂v·∂v/∂x 拉格朗日函数 L = f(x,y,λ) = f(x,y) + λφ(x,y)
易错点:偏导数存在 ≠ 连续 ≠ 可微。可微要求偏导连续且能用线性近似逼近。混合偏导连续时与求导顺序无关。
10
重积分 待掌握学习中已掌握
定积分向二维、三维的推广
二重积分三重积分
核心知识点
  • 二重积分概念与性质(与定积分类比)
  • 二重积分计算:直角坐标(X型/Y型)、极坐标
  • 二重积分换元法、对称性简化
  • 三重积分概念
  • 三重积分计算:直角坐标(先一后二/先二后一)、柱坐标、球坐标
  • 重积分应用:体积、曲面面积、质心、转动惯量、引力
重要公式 / 定理
坐标变换 & 应用
极坐标:x=r cosθ, y=r sinθ, dxdy = r dr dθ 球坐标:x=ρsinφcosθ, y=ρsinφsinθ, z=ρcosφ, dV=ρ²sinφ dρdφdθ 曲面面积 A = ∬_D √(1+f_x²+f_y²) dxdy 质心 x̄ = ∬ x·μ dσ / ∬ μ dσ
核心难点:画图定限。先画积分区域,判断用哪种坐标、哪种积分顺序最简便。善用对称性(奇偶性)大幅简化。
11
曲线积分与曲面积分 待掌握学习中已掌握
三大公式串联场论 · 下册最难章
格林高斯斯托克斯
核心知识点
  • 第一类曲线积分(对弧长)
  • 第二类曲线积分(对坐标)
  • 两类曲线积分的关系
  • 格林公式:联系曲线积分与二重积分
  • 平面曲线积分与路径无关的条件、保守场、势函数
  • 第一类曲面积分(对面积)
  • 第二类曲面积分(对坐标)
  • 高斯公式:联系曲面积分与三重积分(通量与散度)
  • 斯托克斯公式:联系曲线积分与曲面积分(环流量与旋度)
  • 场论初步:梯度、散度、旋度
重要公式 / 定理
三大公式
格林:∮_L Pdx+Qdy = ∬_D (∂Q/∂x - ∂P/∂y) dxdy 高斯:∮_Σ Pdydz+Qdzdx+Rdxdy = ∭_Ω (∂P/∂x+∂Q/∂y+∂R/∂z) dV 斯托克斯:∮_Γ Pdx+Qdy+Rdz = ∬_Σ | i j k; ∂/∂x ∂/∂y ∂/∂z; P Q R | dS
三大公式本质:都是牛顿—莱布尼茨公式的推广——把高维积分转化为低一维边界积分。务必理解"边界"概念和方向(右手法则)。
12
无穷级数 待掌握学习中已掌握
极限的无穷和 · 函数逼近的工具
审敛法幂级数傅里叶
核心知识点
  • 常数项级数概念与性质:收敛定义、级数收敛必要条件
  • 正项级数审敛法:比较、比值(达朗贝尔)、根值(柯西)、积分判别法
  • 交错级数:莱布尼茨判别法
  • 绝对收敛与条件收敛
  • 函数项级数与收敛域
  • 幂级数:收敛半径、收敛区间、收敛域
  • 幂级数逐项求导与逐项积分
  • 函数展开成幂级数:直接法、间接法(利用已知展开式)
  • 幂级数应用:近似计算、求和函数
  • 傅里叶级数:狄利克雷收敛定理
  • 正弦级数与余弦级数、周期延拓
  • 一般周期函数的傅里叶级数
重要公式 / 定理
收敛半径 & 常用展开 & 傅里叶
收敛半径 R = lim |aₙ/aₙ₊₁| 或 R = lim 1/ⁿ√|aₙ| 1/(1-x) = 1+x+x²+... (|x|<1) ;e^x, sinx, cosx, ln(1+x) 见第3章 傅里叶:f(x) ~ a₀/2 + Σ[aₙcos(nπx/L) + bₙsin(nπx/L)] aₙ = (1/L)∫f(x)cos(nπx/L)dx ;bₙ = (1/L)∫f(x)sin(nπx/L)dx
学习重点:① 判别法的选择(正项用比值/比较,交错用莱布尼茨);② 熟练求幂级数收敛域与和函数;③ 记住傅里叶系数公式与奇偶延拓技巧。