常微分方程的实际应用 于萍 摘要：常微分方程在当代数学中是极为重要的一个分支，它的实用价值很高，应用也很广泛，本文主要介绍常微分方程在几何、机械运动、电磁振荡方面的应用，并举例说明，体会常微分方程对解决实际问题的作用，在解决实际问题过程中通常是建立起实际问题的数学模型，也就是建立反映这个实际问题的微分方程，求解这个微分方程，用所得的数学结果解释实际问题，从而预测到某些物理过程的特定性质，以便达到能动地改造世界，解决实际问题的目的。 关键字：常微分方程，几何，机械运动，电磁振荡，应用
Abstract: Nomal differential equation is an important part of math at it has a high practical value. This thesis shows the use in geometry, mechaics and electrothermal and makes some examples. Also, it summarizes the normal move of dealing with practical problems by the normal differential equation. Normal, we set up the maths matic model of the problem, solute the normal differentical equation make the use of the result to explain practical problems and make a forecast of some special character of physical process. Key: Normal differetial equation geometry mechanics electrothermal use
偏导数的几何意义 实验目的：通过实验加深学生对偏导数定义的理解掌握偏导数的几何意义并从直观上理解二阶混合偏导数相等的条件 背景知识： 一偏导数的定义 在研究一元函数时.我们从研究函数的变化率引入了导数概念.对于多元函数同样需要讨论它的变化率.但多元函数的变化量不只一个,因变量与自变量的关系要比一元函数复杂的多. 所以我们首先考虑多元函数关于其中一个自变量的变化率,以二元函数= 为例, 如果只有自变量变化,而自变量y固定(即看作常量),这时它就是的一元函数,这函数对x 的导数,就称为二元函数z对于的偏导数,即有如下定义 定义设函数z= 在点的某一邻域内有定义,当y固定在,而在 处有增量时,相应的函数有增量 - , 如果 (1) 存在,则称此极限为函数= 在点处对的偏导数,记做 , , ,或 例如,极限(1)可以表为 = 类似的,函数z= 在点处对的偏导数定义为
记做, , 或 如果函数= 在区域D内每一点( )处对的偏导数都存在,那么这个偏导数就是的函数,它就称为函数= 对自变量的偏导函数,记做 , , ,或 类似的,可以定义函数= 对自变量的偏导函数,记做 , , ,或 由偏导数的概念可知, 在点处对的偏导数显然就是偏导 函数在点处的函数值,就像一元函数的导函数一样,以后在不至于混淆的地方也把偏导函数简称为偏导数. 至于求= 的偏导数,并不需要用新的方法,因为这里只有一个自变量在变动,另外一个自变量看作是固定的,所以仍旧是一元函数的微分法问题,求时,只要把暂时看作常量而对求导;求时,则只要把暂时看作是常量,而对求导数. 偏导数的概念还可以推广导二元以上的函数,例如三元函数在点( )处对的偏导数定义为
素数的几何解释 数学概念的几何解释，常常赋予概念另一种透视和视觉上的意义．根据定义，素数是大于1的数，它只有1和自身作为因子．让我们看看，怎样从几何上去满足这个定义． 观察12个方块： 现在重新排列它们，使之形成不同形状的矩形． 正像我们看到的，每个矩形都图示了12的因子——1×12；2×6；3×4——其因子为：1，12，2，6，3，4． 现在我们看看，如果一个数是素数，例如5，会出现什么情况？——它只可能有一个矩形！即如下图所示．这表明5只有因子1和5． 海伦公式的几何意义 初等数学2009-12-28 11:38:54 阅读27 评论0 字号：大中小 在有一次遇到海伦公式时，不禁想起以前的困惑，这海伦公式的几何意义到底是什么。因为我们知道每一个公式都有对应的几何图形，只不过有些图形表达起来不是很容易了，尤其是高阶的方程。但是，海伦公式是一个面积公式，无论如何 都应该可以说得清楚。 于是在网上查了半天，终于知道大数学家欧拉是最早把这个事情表达清楚的。可是，我们的教科书却一直没有交代这件事，即使中文网站上也都是用勾股定理或者余弦定理来推导的，没有什么趣味。于是觉得自己不妨把这个事情写出来，也好给有同样困惑的网友一个参考。特别说明，这些资料综合了几个来源。
欧拉是从三角形内切圆的半径入手的。 如上图所示假定做一个内切圆，那么，每个切点到三角形顶点的距离分别就是x,y,z。设内切圆的半径是r,那么一个三角形就可以分为六个三角形，或者三对三角形，三角形的面积就是r*(x+y+z)。如果三角形三条边上分别是a,b,c。那么很容易得到xyz和abc之间的关系。就是海伦公式里面的s-a,s-b,s-c。所以问题就变成求内切圆半径r。因为内切圆的圆心是在角平分线上，所以，我们一定可以把三个三角形合成一个直角（如上图右所示）而把这些三角形按比例放大，一定可以得到一个矩形PQST。下面，就来推导一下：
《常微分方程》课程大纲 一、课程简介 课程名称：常微分方程学时/学分：3/54 先修课程：数学分析，高等代数,空间解析几何，或线性代数（行列式，矩阵与线性方程组，线性空间F n，欧氏空间R n，特征值与矩阵的对角化）, 高等数学（多元微积分，无穷级数）。 面向对象：本科二年级或以上学生 教学目标：围绕基本概念与基本理论、具体求解和实际应用三条主线开展教学活动，通过该课程的教学，希望学生正确理解常微分方程的基本概念，掌握基本理论和主要方法，具有一定的解题能力和处理相关应用问题的思维方式，如定性分析解的性态和定量近似求解等思想，并希望学生初步了解常微分方程的近代发展，为学习动力系统学科的近代内容和后续课程打下基础。 二、教学内容和要求 常微分方程的教学内容分为七部分，对不同的内容提出不同的教学要求。(数字表示供参考的相应的学时数，第一个数为课堂教学时数，第二个数为习题课时数) 第一章基本概念（2，0） （一）本章教学目的与要求： 要求学生正确掌握微分方程，通解，线性与非线性，积分曲线，线素场（方
向场），定解问题等基本概念。本章教学重点解释常微分方程解的几何意义。 （二）教学内容： 1．由实际问题：质点运动即距离与时间关系（牛顿第二运动定律），放射性元素衰变过程，人口总数发展趋势估计等，通过建立数学模型，导出微分方程。 2．基本概念（常微分方程，偏微分方程，阶，线性，非线性，解，定解问题，特解，通解等）。 3．一阶微分方程组的几何定义，线素场（方向场），积分曲线。 4．常微分方程所讨论的基本问题。 第二章初等积分法（4，2） （一）本章教学目的与要求： 要求学生熟练掌握分离变量法，常数变易法，初等变换法，积分因子法等初等解法。 本章教学重点对经典的几类方程介绍基本解法，勾通初等积分法与微积分学基本定理的关系。并通过习题课进行初步解题训练，提高解题技巧。 （二）教学内容： １. 恰当方程（积分因子法）; ２. 分离变量法 ３. 一阶线性微分方程（常数变易法） ４. 初等变换法（齐次方程，伯努利方程，黎卡提方程）
(1)dx dx =nx n -1 ，n ∈N 。 (2)d x dx n x n N n n =∈-11 1,。 (3)dc dx =0，其中c 为常数。(4)(sin x )/=cos x (5)(cos x )/=-sin x 另一种表示：① (x n )/=nx n -1 ② /)(n x =1n 1 1-x ③ (c )/=0 证明： (2)设a 为f (x )=n x 定义域中的任意点， 则f /(a )=a x →lim f (x )-f (a ) x -a =a x →lim a x a x n n --=a x →lim ] )(....)())[((121---++?+--n n n n n n n n n n n a a x x a x a x =1) (1-n n a n =1n (n a -1)=1n (1 1-a ) (4)设a 为任意实数，f (x )=sin x f (x )-f (a )x -a = sin x -sin a x -a = a x a x a x -+-2cos 2sin 2 计算f /(a )= a x →lim f (x )-f (a )x -a =a x →lim ( a x a x a x -+-2cos 2sin 2)=cos a 。 (1)(3)(5)自证 (1)f (x )与g (x )为可微分的函数。?f (x )+g (x )为可微分的函数。 且d dx (f (x )+g (x ))= d dx (f (x ))+ d dx (g (x ))成立。 另一种表示：(f (x )+g (x ))/=f /(x )+g /(x ) 证明：令h (x )=f (x )+g (x )，设a 为h (x )定义域中的任一点 h /(a )=a x →lim h (x )-h (a )x -a =a x →lim a x a g a f x g x f ---+) ()()()( =a x →lim (f (x )-f (a )x -a + g (x )-g (a )x -a )=a x →lim (f (x )-f (a )x -a )+a x →lim (g (x )-g (a )x -a ) =f /(a )+g /(a ) 例：求=+)(35x x dx d ？ 推论：dx d (f 1(x )+f 2(x )+...+f n (x )) = dx x df dx x df dx x df n )() ()(21+???++
i.常微分方程初值问题数值解法 常微分方程初值问题的真解可以看成是从给定初始点出发的一条连续曲线。差分法是常微分方程初值问题的主要数值解法，其目的是得到若干个离散点来逼近这条解曲线。有两个基本途径。一个是用离散点上的差商近似替代微商。另一个是先对微分方程积分得到积分方程，再利用离散点作数值积分。 i.1 常微分方程差分法 考虑常微分方程初值问题：求函数()u t 满足 (,), 0du f t u t T dt =<≤ （i.1a ） 0(0)u u = (i.1b) 其中(,)f t u 是定义在区域G : 0t T ≤≤, u <∞上的连续函数，0u 和T 是给定的常数。我们假设(,)f t u 对u 满足Lipschitz 条件，即存在常数L 使得 121212(,)(,), [0,]; ,(,)f t u f t u L u u t T u u -≤-?∈∈-∞∞ （i.2） 这一条件保证了（i.1）的解是适定的，即存在，唯一，而且连续依赖于初值0u 。 通常情况下，（i.1）的精确解不可能用简单的解析表达式给出，只能求近似解。本章讨论常微分方程最常用的近似数值解法-差分方法。先来讨论最简单的Euler 法。为此，首先将求解区域[0,]T 离散化为若干个离散点： 0110N N t t t t T -=<< <<= （i.3） 其中n t hn =，0h >称为步长。 在微积分课程中我们熟知，微商（即导数）是差商的极限。反过来，差商就是微商的近似。在0t t =处，在（i.1a ）中用向前差商 10()()u t u t h -代替微商du dt ，便得 10000()()(,())u t u t hf t u t ε=++ 如果忽略误差项0ε，再换个记号，用i u 代替()i u t 便得到 1000(,)u u hf t u -= 一般地，我们有 1Euler (,), 0,1, ,1n n n n u u hf t u n N +=+=-方法： （i.4） 从(i.1b) 给出的初始值0u 出发，由上式可以依次算出1,,N t t 上的差分解1,,N u u 。
浅谈几何直观的含义 数学是研究数量关系与空间形式的科学。空间形式最主要的表现就是图形。在数学研究、学习、讲授中，不仅需要关注研究图形的方法、研究图形的结果，还需要感悟图形给我们带来的好处，几何直观就是在“数学――几何――图形”这样的一个关系链中让我们体会到它带来的最大好处。《课程标准（2011版）》中指出：几何直观主要是指利用图形描述和分析问题。几何直观所指有两点：一是几何，这是主要是指图形；二是直观，这里的直观不仅仅是指直接看到的东西（直接看到的是一个层次），更重要的是依托现在看到的东西，以前看到的东西进行思考、想象、综合起来，几何直观就是依托、利用图形进行数学的思考和想象。它在本质上是一种通过图形所展开的想象力。用最通俗的话说几何直观，就是看图想事，看图说理，也包括想图、画图、表达想法。借助几何直观可以把复杂的数学问题变得简明、形象，有助于探索解决问题的思路，预测结果。几何直观可以帮助学生直观地理解数学，在整个数学学习过程中都发挥着重要作用。 培养学生的几何直观（1）使学生养成画图习惯,鼓励用图形表达问题可以通过多种途径和方式使学生真正体会到画图对理解概念、寻求解题思路上带来的便利。在教学中应有这样的导向：能画图时尽量画，其实质是将相对抽象的思考对象“图形化”，尽量把问题、计算、证明等数学的过程变得直观，直观了就容易展开形象思维，无论计算还是证明，逻辑的、形式的结论都是在形象思维的基础上产生的。（2）重视变换----让图形动起来几何变换或图形的运动既是学习的对象，也是认识数学的思想和方法。在数学中，我们接触的最基本的图形都是对称图形，例如球、圆锥、圆台、正多面体、圆、正多边形、长方体、长方形、菱形、平行四边形等；另一方面，在认识、学习、研究非对称图形时，又往往是运用这些对称图形为工具的。变换又可以看作运动，让图形动起来是指再认识这些图形时，在头脑中让图形动起来，例如，平行四边形是一个中心对称图形，可以把它看作一个刚体，通过围绕中心（两条对角线的交点）旋转180度，去认识、理解、记忆平行四边形的其他性质。充分地利用变换去认识、理解几何图形是建立几何直观的好办法。（3）学会从“数”与“形”两个角度认识数学数形结合首先是对知识、技能的贯通式认识和理解。以后逐渐发展成一种对数与形之间的化归与转化的意识，这种对数学的认识和运用的能力，应该是形成正确的数学态度所必需要求的。（4）掌握、运用一些基本图形解决问题把让学生掌握一些重要的图形作为教学任务，贯穿在义务教育阶段数学教学、学习的始终。例如，除了前面指出的图形，还有数轴，方格纸，直角坐标系等等。在教学中要有意识地强化对基本图形的运用，不断地运用这些基本图形去发现、描述问题，理解、记忆结果，这应该成为教学中关注的目标。如：在讲解圆锥的侧面积和全面积时，很多学生不理解，死记硬背又记不牢。所以在讲解之前我准备了几个扇形的纸板。同时也让学生自己动手制作了扇形。对上节课的知识进行了复习。制作完扇形后让学生小组合作将所制作的扇形围起来看看是个什么图形。有了这个基础之后，我通过手中的圆锥模型将其各部分的名称讲解。然后让学生通过自己手中的模型再进行熟悉彼此交流。有了这个直观的模型，学生很容易就想到了圆锥的侧面是扇形，进而侧面积就解决了。然后再进行公式之间的转化。圆锥的高、母线长和底面圆的半径之间的关系凭空想象有一定难度，但借助了这个直观的集合模型，一切问题都不是问题了。 培养学生几何直观能力要达到的目标。 通过研讨，大家一致达成共识，培养学生几何直观能力要让学生形成如下三种能力：1、空间想象能力；2、直观洞察能力；3、利用几何直观解决问题的能力。 培养学生几何直观能力的常见策略有哪些？ 1、数形结合的策略；数学是研究数量关系和空间形式的科学。而数形结合的思想就是抓住了数学的本质数与形，把抽象的数与具体的形结合在一起，让数与形有机结合，从而培养学生几何直观的能力。比如在教学小数除以整数一课，如何让学生理解小数除以整数的算理，我们就采用了数形结合的策略。结合图示说算理。用11个小正方形表示11个1，用涂色部分表示0.5.把11.5平均分给5袋牛奶，
偏导数的几何意义
偏导数的几何意义 实验目的：通过实验加深学生对偏导数定义的理解掌握偏导数的几何意义并从直观上理解二阶混合偏导数相等的条件 背景知识： 一偏导数的定义 在研究一元函数时.我们从研究函数的变化率引入了导数概念.对于多元函数同样需要讨论它的变化率.但多元函数的变化量不只一个,因变量与自变量的关系要比一元函数复杂的多.所以我们首先考虑多元函数关于其中一个自变量的变化率,以二元函数= 为例,如果只有自变量变化,而自变量y固定(即看作常量),这时它就是的一元函数,这函数对x的导数,就称为二元函数z对于的偏导数,即有如下定义 定义设函数z= 在点的某一邻域内有定义,当y固定在,而在处有增量时,相应的函数有增量 - , 如果 (1) 存在,则称此极限为函数= 在点处对的偏导数,记做
, , ,或 例如,极限(1)可以表为 = 类似的,函数z= 在点处对的偏导数定义为 记做, , 或 如果函数= 在区域D内每一点( )处对的偏导数都存在,那么这个偏导数就是的函数,它就称为函数= 对自变量的偏导函数,记做 , , ,或 类似的,可以定义函数= 对自变量的偏导函数,记做 , , ,或
由偏导数的概念可知, 在点处对的偏导数显然就是偏导函数在点处的函数值,就像一元函数的导函数一样,以后在不至于混淆的地方也把偏导函数简称为偏导数. 至于求= 的偏导数,并不需要用新的方法,因为这里只有一个自变量在 变动,另外一个自变量看作是固定的,所以仍旧是一元函数的微分法问题,求 时,只要把暂时看作常量而对求导;求时,则只要把暂时看作是常量,而对求导数. 偏导数的概念还可以推广导二元以上的函数,例如三元函数在点( )处对的偏导数定义为 = 其中( )是函数的定义域的内点,它们的求法也仍旧是一元函数的微分法问题 例求的偏导数 解= , = 二偏导数的几何意义
平方差公式的几何解释 师：刚才，我们大家运用多项式乘法法则证明了平方差公式。那么，我们能否用图形来证明平方差公式呢，这可是我们从来没有做过的，我们可以大胆的试一试，看看从中你们能发现是吗。 师：大家拿起课前发的那张纸卡，同学观察一下纸卡是适马图形？ 生：正方形。 师：阴影部分呢？ a 生：也是正方形。 b 师：请你动手吧阴影部分剪掉，然后求出所剩面积是多少？同学先自己独立思考，然后在与小组同学交流。 （学生个人开始动手剪纸卡，并思考，之后与小组成员交流，5分钟）师：那个组先来在说说？ 生：我们组这样做：先设:大正方形的边长为a，再设小正方形的边长是b，然后用大正方形的面积减去小正方形的面积就是剩余面积。 先出计算式是：a2-b2. 师：其他组还有其它方法吗？ 生：没有。 师：同学在动手做一做，用适马方法能证明我们求得的面积是正确的，然后总结一下从中你发现了适马。这个问题有一定的难度，请小组合作完成。 （学生们开始合作学习，教师深入各组巡视指导。大约15分钟，只剩下一个小组在还在讨论，其余小组都做好了交流准备。）
师：那个小组先来交流？ 生：我们小组把纸卡剩余部分剪成两个长方形，大家看，再把这两个长方形拼成一个长方形，求得的长方形的面积与剩余面积正好相等。 师：很好，请继续说出你们小组的字母表达式。 生：(a+b)(a-b) 师：其他小组也是这么做的吗？ 生：这两种方法构成的式子正好是平方差公式，说明平方差公式是正确的。 师：你们还发现了适马呢？ 生：代数问题也可以用几何方法来证明。 师：同学们的这一方法太重要了。这就是数形结合思想。你们今天的表现太棒了。
微分方程 什么是微分方程它是怎样产生的这是首先要回答的问题. 300多年前，由牛顿(Newton,1642-1727)和莱布尼兹(Leibniz,1646-1716)所创立的微积分学，是人类科学史上划时代的重大发现，而微积分的产生和发展，又与求解微分方程问题密切相关.这是因为，微积分产生的一个重要动因来自于人们探求物质世界运动规律的需求.一般地，运动规律很难全靠实验观测认识清楚，因为人们不太可能观察到运动的全过程.然而，运动物体(变量)与它的瞬时变化率(导数)之间，通常在运动过程中按照某种己知定律存在着联系，我们容易捕捉到这种联系，而这种联系，用数学语言表达出来，其结果往往形成一个微分方程.一旦求出这个方程的解，其运动规律将一目了然.下面的例子，将会使你看到微分方程是表达自然规律的一种最为自然的数学语言. 例1 物体下落问题 设质量为m的物体，在时间t=0时，在距地面高度为H处以初始速度v(0) = v0垂直地面下落，求此物体下落时距离与时间的关系. 解如图1-1建立坐标系，设为t时刻物体的位置坐标.于是物体下落的速度为 加速度为 质量为m的物体，在下落的任一时刻所受到的外力有重力mg和空气阻力，当速度不太大时，空气阻力可取为与速度成正比.于是根据牛顿第二定律 F = ma (力=质量×加速度) 可以列出方程 (·= ） 其中k ＞0为阻尼系数，g是重力加速度. 式就是一个微分方程，这里t是自变量，x是未知函数，是未知函数对t导数.现在，我们还不会求解方程，但是，如果考虑k=0的情形，即自由落体运动，此时方程可化为 将上式对t积分两次得 其中和是两个独立的任意常数，它是方程的解. 一般说来，微分方程就是联系自变量、未知函数以及未知函数的某些导数之间的关系式.如果其中的未知函数只与一个自变量有关，则称为常微分方程；如果未知函数是两个或两个以上自变量的函数，并且在方程中出现偏导数，则称为偏微分方程.本书所介绍的都是常微分方程，有时就简称微分方程或方程.
初等数学基础知识 一、三角函数 1．公式 同角三角函数间的基本关系式： ·平方关系： sin^2(α)+cos^2(α)=1; tan^2(α)+1=sec^2(α);cot^2(α)+1=csc^2(α)·商的关系： tanα=sinα/cosαcotα=cosα/sinα ·倒数关系： tanα·cotα=1; sinα·cscα=1; cosα·secα=1 三角函数恒等变形公式： ·两角和与差的三角函数： cos(α+β)=cosα·cosβ-sinα·sinβ cos(α-β)=cosα·cosβ+sinα·sinβ sin(α±β)=sinα·cosβ±cosα·sinβ tan(α+β)=(tanα+tanβ)/(1-tanα·tanβ) tan(α-β)=(tanα-tanβ)/(1+tanα·tanβ) 倍角公式： sin(2α)=2sinα·cosα cos(2α)=cos^2(α)-sin^2(α)=2cos^2(α)-1=1-2sin^2(α) tan(2α)=2tanα/[1-tan^2(α)] ·半角公式： sin^2(α/2)=(1-cosα)/2 cos^2(α/2)=(1+cosα)/2 tan^2(α/2)=(1-cosα)/(1+cosα) tan(α/2)=sinα/(1+cosα)=(1-cosα)/sinα ·万能公式： sinα=2tan(α/2)/[1+tan^2(α/2)] cosα=[1-tan^2(α/2)]/[1+tan^2(α/2)] tanα=2tan(α/2)/[1-tan^2(α/2)]
·积化和差公式： sinα·cosβ=(1/2)[sin(α+β)+sin(α-β)] cosα·sinβ=(1/2)[sin(α+β)-sin(α-β)] cosα·cosβ=(1/2)[cos(α+β)+cos(α-β)] sinα·sinβ=-1/2[ cos(α-β)-cos(α+β)] ·和差化积公式： sinα+sinβ=2sin[(α+β)/2]cos[(α-β)/2] sinα-sinβ=2cos[(α+β)/2]sin[(α-β)/2] cosα+cosβ=2cos[(α+β)/2]cos[(α-β)/2] cosα-cosβ=-2sin[(α+β)/2]sin[(α-β)/2] 2 只需记住这两个特殊的直角三角形的边角关系，依照三角函数的定义即可推出上面的三角值。 3诱导公式： 记忆规律： 竖变横不变（奇变偶不变），符号看象限（一全，二正弦割，三切，四余弦割 即第一象限全是正的，第二象限正弦、正割是正的，第三象限正切是正的，第四象限余弦、余割是正的） 1 ο45 2 1 ο45 1 2 ο30 ο60 3
偏导数得几何意义 ?实验目得：通过实验加深学生对偏导数定义得理解掌握偏导数得几何意义并从直观上理解二阶混合偏导数相等得条件?背景知识: 一偏导数得定义 在研究一元函数时、我们从研究函数得变化率引入了导数概念、对于多元函数同样需要讨论它得变化率、但多元函数得变化量不只一个,因变量与自变量得关系要比一元函数复杂得多、所以我们首先考虑多元函数关于其中一个自变量得变化率，以二元函数= 为例，如果只有自变量变化,而自变量y固定(即瞧作常量），这时它就就是得一元函数,这函数对x 得导数，就称为二元函数ｚ对于得偏导数,即有如下定义 定义设函数z= 在点得某一邻域内有定义，当y固定在，而在处有增量时,相应得函数有增量 - ， 如果（1) 存在，则称此极限为函数＝在点处对得偏导数，记做 , ，,或 例如，极限(1)可以表为 = 类似得,函数z＝在点处对得偏导数定义为 记做，，或 如果函数= 在区域D内每一点( )处对得偏导数都存在，那么这个偏导数就就是得函数,它就称为函数= 对自变量得偏导函数,记做 , ，,或 类似得,可以定义函数= 对自变量得偏导函数,记做 ，，，或 由偏导数得概念可知，在点处对得偏导数显然就就是偏导函数在点处得函数值，就像一元函数得导函数一样，以后在不至于混淆得地方也把偏导函数简称为偏导数、
至于求=得偏导数,并不需要用新得方法，因为这里只有一个自变量在变动，另外一个自变量瞧作就是固定得,所以仍旧就是一元函数得微分法问题,求时,只要把暂时瞧作常量而对求导;求时，则只要把暂时瞧作就是常量，而对求导数、 偏导数得概念还可以推广导二元以上得函数，例如三元函数在点（)处对得偏导数定义为= 其中（)就是函数得定义域得内点，它们得求法也仍旧就是一元函数得微分法问题 例求得偏导数 解= ， = 二偏导数得几何意义 二元函数= 在点得偏导数得几何意义 设为曲面= 上得一点,过点作平面,截此曲面得一曲线，此曲线在平面上得方程为= ,则导数，即偏导数，就就是这曲线在点处得切线对轴得斜率、同样,偏导数得几何意义就是曲面被平面所截得得曲线在点处得切线对得斜率 三偏导数得几何意义 我们知道,如果一元函数在某点具有导数,则它在该点必定连续，但对于多元函数来说,即使各偏导数在某点都存在，也不能保证函数在该点连续、这就是因为各偏导数存在只能保证点P沿着平行于坐标轴得方向趋于P 时，函数值趋于，但不能保证点Ｐ按任何方式趋于P 时,函数值都趋于、例如，函数 = =｛ 在点（０，0）对得偏导数为 同样有 但就是我们在前面得学习中知道这函数在点（０，0)并不连续 四二阶混合偏导数 设函数= 在区域D内具有偏导数 =, =
1.2 微分方程基本概念及其几何解释 [教学内容] 1. 介绍微分方程及其解的概念、方程分类; 2.介绍一阶微分方程及其解的几何解释; 3. 引入变量分离方法求解一阶微分方程; 4. 介绍积分常数由来引入微分方程定解条件--初值条件和边值条件. [教学重难点] 重点是知道微分方程分类和定解条件，难点是如何从几何角度来理解一阶微分方程及其解. [教学方法] 自学1、2；讲授3、4，5课堂练习 [考核目标] 1. 会分清常微分方程和偏微分方程、能认清线性微分方程和非线性微分方程、能知道微分方程的阶数; 2. 会用分离变量方法求解一阶微分方程通解及其初值问题; 3. 知道函数相关性和函数无关性，并会用Jacobi 矩阵来判别; 4. 会用方向场和等倾线方法来描述微分方程解的性质. 1. 认识微分方程及其类型 )dx dy sin(dx dy x y (5) 1,y dx dy (4) ,e y (sin x )dx dy (3) y,dx dy (2) 2x ,dx dy )1(2x +?=+=+?=== 0,x dt x d 2dt x d (9) 0,y dt dy t dt dy (8) ,1t y t 11dt dy t 1t dt y d (7)22443 22=++=++??? ??-=---+ u y u βx u α (13) 0,z u y u x u (12) 0,xz yz (11) 0,y u βx u α (10)2222222y x =+??+??=??+??+??=-=??+?? (1) 方程：是含有 ”未知” 的等式，象532=+虽是等式但不是方程. 若未知的是一个数， 那就是代数方程；若未知的是一个函数，那就是函数方程. 上面13个等式都是方程，未知的都是函数，因此上面13表达式都是函数方程. (2) 常(偏)微分方程：函数方程中未知的是一元函数且含有其导函数，则称其为常微分方程（如上例(1)-(9)）；若函数方程未知的是多元函数且含有偏导数，则称为偏微分方程.(如上例(10)-(12)) (3) 线性(非线性)微分方程：若方程中出现的未知函数及其导函数或偏导函数都是一次的，则称其为线性微分方程，这里分类不管方程中自变量以何种函数形式出现。(1)-(3)、(7)、(9)、(10)-(12)都是线性的；(4)-(5)、(8)、（13）不是，出现未知函数2 y 和'y sin . (4) 方程的阶数：微分方程中出现的未知函数导函数或偏导函数最高阶数称之为方程的阶数. 例如(1)-(5)、(8)、(10)、(13)都是一阶微分方程；(7)、(12)是二阶微分方程；(9)是四阶微分方程. 练习 9. 教材P26 习题 1. 2. 微分方程的解与定解条件 考察落体问题，以铅直向上的方向建立直线坐标系，设落体在t 时刻位置为x ，则由牛顿第
《几何图形初步》全章复习与巩固（基础）知识讲解 【学习目标】 1．认识一些简单的几何体的平面展开图及三视图，初步培养空间观念和几何直观； 2．掌握直线、射线、线段、角这些基本图形的概念、性质、表示方法和画法； 3．初步学会应用图形与几何的知识解释生活中的现象及解决简单的实际问题； 4．逐步掌握学过的几何图形的表示方法，能根据语句画出相应的图形，会用语句描述简单的图形． 【知识网络】 【要点梳理】 要点一、多姿多彩的图形 1． 几何图形的分类 要点诠释：在给几何体分类时，不同的分类标准有不同的分类结果. 2．立体图形与平面图形的相互转化 （1）立体图形的平面展开图： 把立体图形按一定的方式展开就会得到平面图形，把平面图形按一定的途径进行折叠就会 立体图形：棱柱、棱锥、圆柱、圆锥、球等. ?? ?平面图形：三角形、四边形、圆等. 几何图形
? ??得到相应的立体图形，通过展开与折叠能把立体图形和平面图形有机地结合起来． 要点诠释： ①对一些常见立体图形的展开图要非常熟悉，例如正方体的 11种展开图，三棱柱，圆柱等的展开图； ②不同的几何体展成不同的平面图形，同一几何体沿不同的棱剪开，可得到不同的平面图形，那么排除障碍的方法就是：联系实物，展开想象，建立“模型”，整体构想，动手实践. （2）从不同方向看： 主（正）视图---------从正面看 几何体的三视图 左视图-----从左（右）边看 俯视图---------------从上面看 要点诠释： ①会判断简单物体（直棱柱、圆柱、圆锥、球）的三视图. ②能根据三视图描述基本几何体或实物原型. （3）几何体的构成元素及关系 几何体是由点、线 、面构成的.点动成线，线与线相交成点；线动成面，面与面相交成线；面动成体，体是由面组成. 要点二、直线、射线、线段 1. 直线，射线与线段的区别与联系 2. 基本性质 (1)直线的性质:两点确定一条直线． (2)线段的性质:两点之间，线段最短． 要点诠释： ①本知识点可用来解释很多生活中的现象. 如：要在墙上固定一个木条，只要两个钉子就可以了，因为如果把木条看作一条直线，那么两点可确定一条直线. ②连接两点间的线段的长度，叫做两点间的距离. 3.画一条线段等于已知线段 （1）度量法：可用直尺先量出线段的长度,再画一条等于这个长度的线段. （2）用尺规作图法：用圆规在射线AC 上截取AB=ａ，如下图：
教学大纲 一、教学目的、任务 常微分方程历来是综合性大学数学系各专业的核心基础课程，不仅是进一步学习泛函分析、数理方程、微分几何的必要准备，本身也在工程力学、流体力学、天体力学、电路振荡分析、工业自动控制以及化学、生物、经济等领域有广泛的应用. 通过本课程学习，不仅为后行课程打下基础，而且以穿插其中的在历史上成功利用微分方程解释实际现象的著名范例来培养学生用数学理论解决实际问题的意识和初步能力. 实行中英双语教学，适时穿插工程实践背景的应用分析，培养学生的动手能力和创新意识. 二、教学内容的结构 分为六章内容讲解，具体地： 1.微分方程建模（8学时）; 2.初等积分法(12学时); 3.线性系统(8学时); 4.常系数线性系统(12学时，包括若干振动问题4学时); 5.一般理论(12学时); 6.定性理论初步(12学时). 三、单元教学目标与任务 第一章绪论 1、基本内容 (1) 常微分方程模型（含Duffing机械振动、Van de Pol电磁震荡、天 文二体问题、生态种群竞争系统、物理化学系统）; (2) 微分方程求解思想（解的定义、高阶方程与一阶方程组的互化， 微分方程的几何解释，包括等倾线与方向场分析等）; (3) 微分方程的基本问题（通解的概念，“线性”与“非线性”微分方程）. 2、基本要求 (1) 了解微分方程的背景和建模过程; (2) 理解微分方程的定解条件，尤其是初值条件;
(3) 掌握高阶方程与一阶方程组的互化; (4) 理解等倾线与方向场与解的关系. 3、建议课时（8学时） (1) 常微分方程模型(2学时); (2) 微分方程求解思想(4学时); (3) 基本问题(1学时); (4) 习题课(1学时). 第二章初等积分法 1、基本内容 (1) 变量分离形式（含初等变换应用、一阶线性方程、伯努里方程、 齐次方程和线性分式方程求解）; (2) 恰当方程形式（对恰当方程求通积分，以及积分因子法）; (3) 隐式方程（微分法与参数法）; (4) 初等积分法的一些应用（奇解与包络并引伸出解的存在唯一性问 题，Clairaut方程，高阶微分方程，平面保守系统，Riccati方程）. 2、基本要求 (1) 掌握分离变量法和积分因子法; (2) 理解恰当方程的条件; (3) 掌握一阶线性方程和伯努里方程求解，掌握求解隐式微分方程微 分法与参数法; (4) 了解奇解与包络. 3、建议课时（12学时） (1) 变量分离形式及习题课(4学时); (2) 恰当方程形式及习题课(3学时); (3) 隐式方程(2学时); (4) 初等积分法的一些应用及习题课(3学时). 第三章线性方程 1、基本内容 (1) 存在性与唯一性; (2) 齐次线性方程组的通解结构（含叠加原理、Wronsky行列式及 Liouville定理）;
Ax 偏导数的儿何意义 实验目的:通过实验加深学生对偏导数定义的理解掌握偏导数的几何意义并从直观上理解二 阶混合偏导数相等的条件 背景知识： 一偏导数的定义 在研究一无函数吐我们从研究函数的变化率引入了导数概念.对于多元函数同样需要讨论 它的变化率.但多元函数的变化量不只一个,因变量与自变最的关系要比一元函数复杂的多. 所以我们首先考虑多元函数关于其中一-个自变量的变化率，以二元函数z= /(了疗)为例， 如果只有自变量工变化，而自变量y 固定(即看作常量)，这时它就是X 的一元函数,这函数 对X 的导数，就称为二元函数Z 对于才的偏导数,即有如下定义 定义设函数z= *')在点的某一?邻域内有定义，当y 固定在V 。，而工在工。 处有增量? A*时，相应的函数有增量 /(x 0 4-Ax,^) _ /(x 0,^0) f(x 0 +Ax,y 0)-f(x 0,y 0) lim --------------------------------- 如果 Ax (1) 存在，则称此极限为函数z=在点”°疗°)处对汗的偏导数，记做 例如，极限(1)可以表为 f(x 0 +Ax,y 0)-f(x 0,y 0) hgy°)蚣。 类似的，函数z= ,(兀、)在点(冲疗°)处对歹的偏导数定义为 尚 栈尚九(％必) dz
lim 敏T O Rxo，Vo +Ay）?地， dz 记做分5 X■命 如果函数2= 了3疗）在区域D内每一点（&'）处对工的偏导数都存在,那么这个偏导数就是工溜的函数,它就称为函数Z = /（工1）对自变量式的偏导函数，记做 & 堂 凯瓦，气或九（"）类似的，可以定义函数z= /（兀力对自变量W的偏导函数，记做dz 山偏导数的概念可知，/3'力在点（如儿）处对工的偏导数九成。/）显然就是偏导函数九3',）在点成°疗°）处的函数值,就像-?元函数的导函数-?样，以后在不至于混淆的地方也把偏导函数简称为偏导数. 至于求z=的偏导数,并不需要用新的方法，因为这里只有一个自变量在变动，另外 dz 一个自变量看作是固定的,所以仍旧是一元函数的微分法问题，求欲时,只要把*暂时看 作常最而对工求导;求莎时，则只要把式智时看作是常量，而对V求导数. 偏导数的概念还可以推广导二元以上的函数，例如三元函数〃 = /（兀MZ）在点（、,yz）处对式的偏导数定义为 岫Rx +Ax, y ,z）?Rx ,y ,z） 九（X'V’z） = A XT O A X 其中（X'W'Z）是函数〃 = /3，V，z）的定义域的内点，它们的求法也仍旧是一元函数的微分法问题 例求z = / sin 2y的偏导数 dz
坐标变换 柱坐标中体积元为dz drd r θ2 球坐标中体积元?θ?d drd r sin 2 一般情况要用到雅可比行列式,其定义如下（以三维空间为例，高维情况有一样的结论）： 若?????===),,(),,(),,(321w v u f z w v u f y w v u f x ，则行列式z f y f x f z f y f x f z f y f x f ??????????????????3 3 3 222 111 称为变换的雅可比行列式 三阶行列式的计算很简单，你可以参看一本线性代数 记行列式的绝对值为z f y f x f z f y f x f z f y f x f ??????????????????333 222111 则在w v u ,,的坐标中 体积元为dudvdw z f y f x f z f y f x f z f y f x f ??????????????????3 3 3 222111 柱坐标中雅可比的行列式的绝对值为2r 球坐标中雅可比的行列式的绝对值为?sin 2 r 初学重积分容易搞错的一点 在柱坐标中?? ???===z z r y r x θθsin cos ，显然?????=+=-=dz dz d r dr dy d r dr dx θθθθθθcos sin sin cos 于是你想到dxdydz 会不会等于dz drd r θ2 ？ 经过简单的计算你一定很失望吧？奇怪吧!难倒计算错了？ 问题出在哪呢? 出现这样的问题出是因为对积分定义理解不清楚： 积分中是把空间划分成许多小体积（注意小体积不一定就是方的）（二维时是格子，一维是线段或曲线段），然后相应的小体积乘以其上的函数值最后叠加起来
微分和导数的几何解释和物理解释 1.微分和导数的几何解释 莱布尼茨当初是借助几何直观定义函数的微分和导数.近代微积分是借助极限定义函数的微分和导数.如图2-4，因为比值y x ??是弦PA 的斜率，当0→?x 时，点A 沿曲线无限接近点P ， 所以曲线)(x y y =在点P 处切线PT 的 斜率就是导数 00d ()lim d x x x y y y x x x ?→=?'== ? 根据直线方程的点斜式，切线PT 的方程 就是 000()()y y y x x x '-=- 其中00()y y x =，x 和y 为切线上流动点 的坐标. 我们可以得出下面的结论： 曲线()y y x =在点00(,)x y 处有不垂直于Ox 轴的切线，充分必要条件是函数()y x 在点0 x 可微分；当0||||h x x =-很小时，曲线()y y x =接近它在点x y 00(,)处的切线 000()()y y y x x x '=+- [其中00()y y x =] 这就是说，在点00(,)P x y 近旁，曲线段()y y x =看作直线段（切线）是合理的. 【注】 当00()lim x y y x x ?→?'==∞?（无穷导数）时，说明曲线()y y x =在点00(,)x y 处有垂直于Ox 轴的切线 0x x =. 在点P 处垂直于切线的直线PQ ，称为曲线)(x y y =在点P 处的法线(图2-4).因此，当 0()0y x '≠时，曲线)(x y y =在点00(,)P x y 处法线的斜率为01 () y x - '（相互垂直两直线斜率的乘积等于1-），从而法线方程就是 0001 ()() y y x x y x -=- -' (点斜式) 其中x 和y 为法线上流动点的坐标. 其次，在图2-4中，从初等数学的角度说，把“微分三角形”PBT 和“增量三角形”PBA 看作全等当然是不对的.但从变量数学的观点来说，把y d 和y ?看作“相等”是合理的 [因为 )0(d →??≈x y y ]，所以三角形PBT 和三角形PBA “全等”(这里说的“全等”是指对应边为 等价无穷小量).于是，把弧 PA 的长度s ?、弦长||PA 和微分三角形PBT 的斜边长||PT 都看作“相等”是合理的.因此，在微积分中就认为 2 2 2 )d ()d ()(d y x s += 或 )0d (d 1)d ()d (d 222>'+=+= x x y y x s (2-4) 我们就称式(2-4)为弧长的微分形式或弧微分. 图2-4 y
1 几何符号 ?‖∠??≡ ≌△ 2 代数符号 ∝∧∨～∫ ≠ ≤ ≥ ≈ ∞ ∶ 3运算符号 × ÷ √ ± 4集合符号 ∪∩ ∈ 5特殊符号 ∑ π（圆周率） 6推理符号 |a| ??△∠∩ ∪≠ ≡ ± ≥ ≤ ∈← ↑ → ↓ ↖↗↘↙‖∧∨ &; § ?????????? Γ Δ Θ ∧Ξ Ο ∏ ∑ Φ Χ Ψ Ωα β γ δ ε δ ε ζ η θ ι κ λ μ ν π ξ ζ η υ θ χ ψ ω ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫ ⅰⅱⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹ ∈∏ ∑ ∕ √ ∝∞ ∟ ∠∣‖∧∨∩ ∪∫ ∮
∴∵∶∷?≈ ≌≈ ≠ ≡ ≤ ≥ ≤ ≥ ≮≯⊕?? ⊿?℃ 指数0123：o123 上述符号所表示的意义和读法（中英文参照） ＋plus 加号；正号 －minus 减号；负号 ±plus or minus 正负号 ×is multiplied by 乘号 ÷is divided by 除号 ＝is equal to 等于号 ≠ is not equal to 不等于号 ≡ is equivalent to 全等于号 ≌is approximately equal to 约等于 ≈ is appr oximately equal to 约等于号 ＜is less than 小于号 ＞is more than 大于号 ≤ is less than or equal to 小于或等于 ≥ is more than or equal to 大于或等于 ％per cent 百分之… ∞ infinity 无限大号 √ (square) root 平方根
