当函数 f 的括号中标明的自变量不是单独的一个字母时一般都可以用变量代换,且这样的函数通常都具有某种周期性

一、题目题目 - 荒原之梦

已知,当 $0 \leqslant x \leqslant \pi$ 时 $f(x)=x$, 且对一切 $x$ 都有 $f(x)=f(x-\pi)+\sin x$, 则 $I = \int_{\pi}^{3 \pi} f(x) \mathrm{d} x=?$

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这道题看似不能用三角函数代换,但其实题目中已经给我们提示了:把未知变已知,把不同变相同

一、题目题目 - 荒原之梦

$$
I = \int_{3}^{+\infty} \frac{\mathrm{d} x}{(x-1)^{4} \sqrt{x^{2}-2 x}} = ?
$$

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解决数学问题的常用思路:把未知转化为已知

一、题目题目 - 荒原之梦

已知 $f(x), \varphi(x)$ 均为连续函数, $a \neq 0$ 且为常数, $\int_{0}^{a} f[\varphi(a-x)] \mathrm{~ d} x$ $=$ $A$, 则 $I$ $=$ $\int_{0}^{a} x[f[\varphi(x)]+f[\varphi(a-x)]] \mathrm{~ d} x=?$

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错题示例:求解一个矩阵的特征值时不能先对这个矩阵进行化简后再套入公式:但套入公式之后可以化简

一、题目题目 - 荒原之梦

二次型 $\boldsymbol{x}^{\mathrm{\top}} \boldsymbol{A} \boldsymbol{x}$ $=$ $a x_{1}^{2}+a x_{2}^{2}+2 x_{3}^{2}-2 x_{1} x_{2}+2 x_{1} x_{3}-2 x_{2} x_{3}$ 经正交变换化为标准形 $3 y_{1}^{2}-y_{3}^{2}$, 则 $a=?$

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带有三角函数的积分不容易计算怎么办?尝试把三角函数放到微分符号 d 里面,这样就可以用整体代换法去掉三角函数了

一、题目题目 - 荒原之梦

$$
I=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{(1+x) \cos x}{1+\cos ^{2} x} \mathrm{~d} x = ?
$$

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使用待定系数法解出来的不定积分一般都会产生对数,但你知道什么时候对数会消失吗?

一、题目题目 - 荒原之梦

在不定积分 $I=\int \frac{x^{2}+a x+b}{(x+1)^{2}\left(x^{2}+1\right)} \mathrm{d} x$ 中不含对数函数,则 $b=?$

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二元函数的可微性你会证明吗:偏导数都存在也不一定可微哦

题目 02

已知 $f(x, y)=\left\{\begin{array}{cl}\frac{x y}{\sqrt{x^{2}+y^{2}}}, & (x, y) \neq(0,0), \\ 0, & (x, y)=(0,0),\end{array}\right.$ 则 $f(x, y)$ 在点 $(0,0)$ 处可微吗?

解析 02

首先验证偏导数是否存在:

$$
f_{x}^{\prime}(0,0)=\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0 \\ y=0}} \frac{f(\Delta x, 0)-0}{\Delta x}=\frac{0-0}{(\Delta x)^{2}}=0
$$

$$
f_{y}^{\prime}(0,0)=\lim \limits_{\substack{\Delta y \rightarrow 0 \\ x=0}} \frac{f(0, \Delta y)-0}{\Delta y}=\frac{0-0}{(\Delta y)^{2}} = 0
$$

Tips:

为了简便起见,在求解出 $f_{x}^{\prime}(0,0)$ 可由变量 $x$ 与 $y$ 的对称性直接得出 $f_{y}^{\prime}(0,0) = f_{x}^{\prime}(0,0)$ 的结论。

接着验证是否可微:

$$
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0 \\ \Delta y \rightarrow 0}} \frac{f(\Delta x, \Delta y)}{\sqrt{(\Delta x)^{2}+(\Delta y)^{2}}}=
$$

$$
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0 \\ \Delta y \rightarrow 0}} \frac{\Delta x \cdot \Delta y}{(\Delta x)^{2}+(\Delta y)^{2}} \Rightarrow
$$

若令 $\Delta y=\Delta x$, 则:

$$
\frac{(\Delta x)^{2}}{2(\Delta x)^{2}}=\frac{1}{2} \neq 0
$$

上面的计算步骤只是一个特例,事实上:

$$
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0 \\ \Delta y \rightarrow 0}} \frac{\Delta x \cdot \Delta y}{(\Delta x)^{2}+(\Delta y)^{2}} \Rightarrow
$$

$$
\Delta y = k \Delta x \Rightarrow
$$

$$
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0}} \frac{\Delta x \cdot k \Delta x}{(\Delta x)^{2}+(k \Delta x)^{2}} \Rightarrow
$$

$$
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0}} \frac{k (\Delta x)^{2}}{(1+k^{2}) (\Delta x)^{2}} = \frac{k}{1 + k^{2}} \ neq 0
$$

综上可知,$f(x, y)$ 在点 $(0,0)$ 处不可微。


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判断二元函数是否可微的定义公式太长记不住?其实你已经记住了!

一、前言 前言 - 荒原之梦

如果二元函数 $f(x, y)$ 在点 $(x_{0}, y_{0})$ 处的偏导数 $f^{\prime}_{x}(x_{0}, y_{0})$ 以及 $f^{\prime}_{y}(x_{0}, y_{0})$ 都存在,且下面这个式子的极限值为零,则表明该该二元函数在点 $(x_{0}, y_{0})$ 处可微:

$$
\textcolor{orange}{
\lim \limits_{\substack{\Delta x \rightarrow 0 \\ \Delta y \rightarrow 0}} \frac{[f(x_{0} + \Delta x, y_{0} + \Delta y) – f(x_{0}, y_{0})] – [f^{\prime}_{x}(x_{0}, y_{0}) \Delta x + f^{\prime}_{y}(x_{0}, y_{0}) \Delta y]}{\sqrt{(\Delta x)^{2} + (\Delta y)^{2}}}
}
$$

但是,上面这个式子你能记住吗?

其实,你已经记住上面这个式子了,不信就继续看下文吧。

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