大學(xué)文科數(shù)學(xué)(上、下)
《大學(xué)文科數(shù)學(xué):(下冊)》為高等學(xué)校非數(shù)學(xué)專業(yè)的高等數(shù)學(xué)教材,是根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn),參照“文科類本科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”,按照新形勢下教材改革的精神編寫而成.《大學(xué)文科數(shù)學(xué):(下冊)》分為上、下兩冊,上冊內(nèi)容包括一元微積分、二元微積分、簡單一階常微分方程等內(nèi)容.下冊內(nèi)容為線性代數(shù)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì).各章配有小結(jié)及練習(xí)題,并介紹一些與《大學(xué)文科數(shù)學(xué):(下冊)》所述內(nèi)容相關(guān)的數(shù)學(xué)家簡介.
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目錄
(上冊)
前言
第1章 函數(shù)與極限 1
1.1 函數(shù) 1
1.1.1 集合 1
1.1.2 區(qū)間與鄰域 2
1.1.3 函數(shù) 3
1.1.4 函數(shù)的幾種特性 5
1.1.5 反函數(shù)與復(fù)合函數(shù) 6
1.1.6 初等函數(shù) 8
習(xí)題1.1 8
1.2 數(shù)列的極限 9
習(xí)題1.2 11
1.3 函數(shù)的極限 12
1.3.1 自變量趨向于無窮大時(shí)函數(shù)的極限 12
1.3.2 自變量趨向于有限值時(shí)函數(shù)的極限 13
習(xí)題1.3 15
1.4 極限運(yùn)算法則 15
1.4.1 無窮大與無窮小 16
1.4.2 極限的運(yùn)算法則 18
習(xí)題1.4 21
1.5 兩個(gè)重要極限 23
1.5.1 * 23
1.5.2 * 25
習(xí)題1.5 28
1.6 函數(shù)的連續(xù)性與間斷點(diǎn) 29
1.6.1 函數(shù)的連續(xù)性 29
1.6.2 函數(shù)的間斷點(diǎn) 30
習(xí)題1.6 31
1.7 連續(xù)函數(shù)的運(yùn)算法則 32
習(xí)題1.7 35
1.8 閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì) 36
習(xí)題1.8 37
本章小結(jié) 38
本章知識(shí)點(diǎn) 38
數(shù)學(xué)家簡介——?jiǎng)⒒?41
第2章 導(dǎo)數(shù)與微分 42
2.1 導(dǎo)數(shù)的概念 42
2.1.1 引例 42
2.1.2 導(dǎo)數(shù)概念 44
2.1.3 函數(shù)的可導(dǎo)性與連續(xù)性的關(guān)系 47
2.1.4 導(dǎo)數(shù)的幾何意義 47
習(xí)題2.1 48
2.2 導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算法則 49
2.2.1 函數(shù)的線性組合、積、商的求導(dǎo)法則 49
2.2.2 復(fù)合函數(shù)求導(dǎo) 52
2.2.3 高階導(dǎo)數(shù) 54
習(xí)題2.2 56
2.3 隱函數(shù)及由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 57
2.3.1 隱函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 57
2.3.2 對數(shù)求導(dǎo)法 59
2.3.3 由參數(shù)方程所確定的函數(shù)的導(dǎo)數(shù) 60
習(xí)題2.3 62
2.4 函數(shù)的微分 63
2.4.1 微分的定義 63
2.4.2 微分的幾何意義 65
2.4.3 微分公式與微分運(yùn)算法則 65
2.4.4 復(fù)合函數(shù)的微分法則 66
習(xí)題2.4 67
本章小結(jié) 68
本章知識(shí)點(diǎn) 68
數(shù)學(xué)家簡介——牛頓 70
第3章 微分中值定理與導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用 71
3.1 微分中值定理 71
3.1.1 羅爾定理 71
3.1.2 拉格朗日中值定理 73
習(xí)題3.1 74
3.2 洛必達(dá)法則 74
習(xí)題3.2 78
3.3 函數(shù)的單調(diào)性與曲線的凹凸性 79
3.3.1 函數(shù)單調(diào)性的判別方法 79
3.3.2 曲線的凹凸性及其判別法 80
習(xí)題3.3 82
3.4 函數(shù)的極值與最值 83
3.4.1 函數(shù)的極值 83
3.4.2 最大值、最小值與極值的應(yīng)用問題 86
習(xí)題3.4 88
本章小結(jié) 89
本章知識(shí)點(diǎn) 89
數(shù)學(xué)家簡介——拉格朗日 90
第4章 不定積分 92
4.1 不定積分的概念及性質(zhì) 92
4.1.1 不定積分的定義 92
4.1.2 不定積分的性質(zhì) 94
4.1.3 基本積分表 94
習(xí)題4.1 96
4.2 不定積分的換元法 96
4.2.1 第一類換元法 96
4.2.2 第二類換元法 101
習(xí)題4.2 104
4.3 分部積分法 104
習(xí)題4.3 109
本章小結(jié) 110
本章知識(shí)點(diǎn) 110
數(shù)學(xué)家簡介——萊布尼茨 111
第5章 定積分及其應(yīng)用 113
5.1 定積分的概念 113
5.1.1 曲邊梯形的面積 113
5.1.2 變速直線運(yùn)動(dòng)的路程 115
習(xí)題5.1 119
5.2 定積分的性質(zhì) 119
習(xí)題5.2 122
5.3 微積分基本公式 122
習(xí)題5.3 126
5.4 定積分的換元法與分部積分法 126
5.4.1 定積分的換元法 127
5.4.2 定積分的分部積分法 129
習(xí)題5.4 130
5.5 定積分的應(yīng)用 131
習(xí)題5.5 134
本章小結(jié) 135
本章知識(shí)點(diǎn) 135
數(shù)學(xué)家簡介——黎曼 136
第6章 常微分方程 138
6.1 微分方程的基本概念 138
習(xí)題6.1 141
6.2 一階微分方程 141
6.2.1 可分離變量的微分方程 141
6.2.2 齊次方程 145
6.2.3 —階線性微分方程 147
習(xí)題6.2 151
本章小結(jié) 151
本章知識(shí)點(diǎn) 151
數(shù)學(xué)家簡介——伯努利家族 152
第7章 二元函數(shù)及二重積分 154
7.1 二元函數(shù)的概念與偏導(dǎo)數(shù) 154
7.1.1 二元函數(shù)的概念 154
7.1.2 偏導(dǎo)數(shù) 154
7.1.3 高階偏導(dǎo)數(shù) 156
習(xí)題7.1 158
7.2 二重積分的概念和性質(zhì) 158
7.2.1 二重積分概念的引入 158
7.2.2 二重積分的定義 161
7.2.3 二重積分的性質(zhì) 163
7.3 直角坐標(biāo)系下二重積分的計(jì)算 164
習(xí)題7.3 173
本章小結(jié) 174
本章知識(shí)點(diǎn) 175
數(shù)學(xué)家簡介——?dú)W拉 176
(下冊)
第8章 行列式
第9章 矩陣
第10章 線性方程組
第11章 矩陣的特征值與二次型
第12章 隨機(jī)事件及其概率
第13章 一維隨機(jī)變量及其分布
第14章 多維隨機(jī)變量及其概率分布
第15章 隨機(jī)變量的數(shù)字特征
第16章 統(tǒng)計(jì)量及其抽樣分布
第17章 參數(shù)估計(jì)
第8章行列式
行列式的概念來源于解線性方程組的問題,并成為一種重要的數(shù)學(xué)工具.在許 多實(shí)際問題中都有重要應(yīng)用.本章介紹狀階行列式的概念、基本性質(zhì)、計(jì)算方法及 行列式的一個(gè)重要應(yīng)用:求解狀元線性方程組的克拉默(Cramer)法則.
8.1行列式的定義
8.1.1 二、三階行列式
從線性方程組的求解過程中,引入行列式的概念.考慮如下二元線性 方程組
(8. 1)
其解為
(8.2)
為便于記憶,引人記號(hào)
則當(dāng)犇乒0時(shí),式(8. 2)可表示為
(8. 4)
(8.3)
稱為行列式
這種表示不僅簡單,而且便于記憶.式(.3)稱為二階行列式, 的元素,犻為行標(biāo),犼為列標(biāo),二階行列式包含2行2列4個(gè)元素. 對角線法則
主對角線(實(shí)聯(lián)線)元素乘積取正號(hào),副對角線(虛聯(lián)線)元素乘積取負(fù)號(hào). 類似地,可以定義三階行列式
式(8. 5)稱為三階行列式.
三階行列式包含3行3列9個(gè)元素,其值可按下面的對角線法則計(jì)算得到
實(shí)聯(lián)線元素乘積取正號(hào),虛聯(lián)線元素乘積取負(fù)號(hào). 例如
從二、三階行列式的定義可以看出,行列式的值是一些項(xiàng)的代數(shù)和.例如,在三 階行列式中,每一項(xiàng)都是三個(gè)數(shù)的連乘積,而且這三個(gè)數(shù)取自三階行列式不同行與 不同列,總項(xiàng)數(shù)以及每一項(xiàng)的正負(fù)號(hào)與其下標(biāo)的排列有關(guān).為了揭示行列式的結(jié)構(gòu) 規(guī)律,將行列式的概念推廣到狀階行列式.先介紹一些排列的基本知識(shí).
8.1.2排列與逆序
定義8. 1. 1由自然數(shù)1,2,…,所構(gòu)成的一個(gè)有序數(shù)組,稱為這狀個(gè)數(shù)的一 個(gè)狀級(jí)排列.
例如4321,1234,3214均是1,2,3,4這4個(gè)數(shù)的4級(jí)排列.
狀個(gè)自然數(shù)1,2,…,狀,按從小到大的自然順序排列:2…狀稱為狀級(jí)自然 排列.
1234就是4級(jí)自然排列.顯然,狀級(jí)排列的種數(shù)共有狀!個(gè).用h,z2,…,&表 示這狀!個(gè)排列中的一個(gè).
定義在排列A…中,如果則這兩個(gè)數(shù)構(gòu)成一個(gè)逆
序.中,逆序的總個(gè)數(shù)稱為該排列的逆序數(shù),記為.逆序 數(shù)為奇數(shù)的排列稱為奇排列,逆序數(shù)為偶數(shù)的排列稱為偶排列.
例8.1. 1分別求下列排列:4321,1234,3214的逆序數(shù),并判別排列的奇
偶性.
解在排列4321中,4的逆序?yàn)?;的逆序?yàn)?;的逆序?yàn)?;的逆序?yàn)?, 因此,.類似可得,.排列 4321,1234是偶排列;排列3214是奇排列.
定義8. 1. 3在一個(gè)排列中,某兩個(gè)數(shù)互換位置,其余的數(shù)不動(dòng),就得到一個(gè) 新排列.這樣的變換稱為一個(gè)對換;若對換的兩個(gè)數(shù)相鄰,則稱為相鄰對換.
定理8. 1. 1 對換改變排列的奇偶性.
證略.
定理8. 1. 2 n個(gè)數(shù)(狀> 1 )共有狀個(gè)狀級(jí)排列,其中奇偶排列各占一半.
證 略
8.1.3 re階行列式
考察三階行列式
三階行列式有6項(xiàng),每一項(xiàng)是三個(gè)數(shù)的乘積,這三個(gè)數(shù)位于不同行、不同列.6 項(xiàng)中的任一項(xiàng)可寫為,三個(gè)數(shù)的行標(biāo)為自然序排列123,列標(biāo)為 1,2,3的某一排列,1,2,.任一項(xiàng)的符號(hào)可由狋=r('1,2,)的奇偶性確定.
將上述規(guī)律進(jìn)行推廣,可得到n階行列式定義.
定義8. 1. 4
稱為n階行列式.其中橫排、縱排分別稱為它的行和列.n階行列式是一個(gè)數(shù),其值 按如下代數(shù)式計(jì)
其中和號(hào)2是對所有的狀級(jí)排列求和(共狀!項(xiàng)).每一項(xiàng)當(dāng)行標(biāo)為自然排列時(shí),如 果對應(yīng)的列標(biāo)構(gòu)成的排列是偶排列,則取正號(hào),如果是奇排列取負(fù)號(hào).
注狀=1時(shí),狀=2,3,就是前面定義的二、三階行列式,它 們的值可用對角線法求得,狀>4時(shí),對角線法則不再適用.
定理8.階行列式也可定義為
其中每一項(xiàng)在列下標(biāo)為自然序排列時(shí),由行下標(biāo)排列的逆序數(shù)決定其符號(hào).
式(8. 7)與式(8. 6)的區(qū)別在于每項(xiàng)中各元素的列標(biāo)按自然序排列,行標(biāo)為的某一排列
例8. 1.2設(shè)犇為5階行列式,問
是否為犇中的項(xiàng),若是應(yīng)取什么符號(hào)?
解 (1)的行標(biāo)排列為12345,列標(biāo)排列為23154,表明這些數(shù)取
自不同的行,不同的列,所以它是犇中的一項(xiàng),且行標(biāo)為自然排列,K23154) — 3為 奇數(shù),故該項(xiàng)取負(fù)號(hào).
(1) 的行標(biāo)排列為12345,列標(biāo)排列為45325取自第5行兩元 素,由行列式定義知它不是行列式的一項(xiàng).
例8. 1. 3 計(jì)算n階行列式
這里為不同行、不同列的n個(gè)數(shù)的乘積.由于第一列除了 an外其余 數(shù)都為零,故非零項(xiàng)的第一個(gè)數(shù)必為,第二列只能選(不能選,因第一行 已選過)類似地,第三列只能選第狀列只能選因此,行列式只有一個(gè) 可能的非零項(xiàng),即這個(gè)行列式稱為上三角行列式.
類似可得下三角行列式
特別地,對角行列
8. 2行列式的性質(zhì)
由8. 1節(jié)討論可以看出,用定義計(jì)算行列式比較麻煩.為了簡化行列式的計(jì) 算,下面介紹行列式的性質(zhì).通過這些性質(zhì),可使行列式的計(jì)算在很多情況下簡化.
將行列式D的行和列互換后得到的行列式,稱為D的轉(zhuǎn)置行列式,記為DT 或D.即
從而D = D
由性質(zhì)8. 2. 1可知,行列式中行與列具有相同的地位,關(guān)于行成立的性質(zhì),關(guān) 于列也同樣成立,反之亦然.
性質(zhì)8. 2. 2交換行列式的兩行(列),行列式變號(hào).
證明略.
推論8. 2. 1如果行列式中有兩行(列)相同,則此行列式等于零.
證將相同的兩行對換,有D —-D,從而D 性質(zhì)8. 2 .3 用數(shù)6乘行列式的某一行(列),等于以數(shù)k乘此行列式.即如果
證由行列式定義,的一般項(xiàng)為
性質(zhì)8. 2 . 3說明,用一個(gè)數(shù)乘以行列式,等于用這個(gè)數(shù)乘行列式的某一行(列) 的每一個(gè)元素.即行列式中某一行(列)的公因子可以提到行列式符號(hào)之外.
若行列式D中有一個(gè)零行(列),則D — 0.
若行列式D中有兩行(列)的對應(yīng)元素成比例,則D
推論8. 2. 2 推論8. 2. 3
例如,
若行列式D的某行(列)的元素都是兩數(shù)之和,例如,第犻行的元
素都是兩數(shù)之和
則行列式等于下列兩個(gè)行列式之和
證 由行列式定義