峰图 | 二元函数去心邻域可以是哪些形状?不可以是哪些形状?

一、前言

在「荒原之梦考研数学」的《峰图 | 深入理解二元函数的(全面)极限》这篇文章中,我们知道,在计算二元函数一点处的极限时,二元函数中不同形状的去心邻域如果能够相互“包裹”,就是等价的,或者说“等效”的.

在本文中,「荒原之梦考研数学」就通过图示的方式,给同学讲清楚,在二元函数中,哪些形状的去心邻域可用于定义或者求解一点处的极限,哪些形状的定义域不能用于定义或者求解一点处的极限.

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峰图 | 深入理解二元函数的(全面)极限

一、前言

在本文中,「荒原之梦考研数学」将通过与一元函数极限的类比,以及对二元函数(全面)极限的定义的分析,为同学们讲清楚二元函数的(全面)极限.

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利用平方差公式和立方差公式求解分式的极限

平方差公式

已知,平方差公式为:

$$
\left( a+b \right) \times \left( a-b \right) = a^{2} – b^{2}
$$

所以:

$$
\left( 1 – \sqrt{x} \right) \left( 1 + \sqrt{x} \right) = 1-x
$$

于是:

$$
\lim_{x \rightarrow 1} \frac{1 – x}{2 \left( 1 – \sqrt{x} \right)} = \lim_{x \rightarrow 1} \frac{\left( 1 – x \right) \left( 1 + \sqrt{x} \right)}{2 \left( 1 – x \right)} = 1
$$

难度评级:

立方差公式

已知,立方差公式为:

$$
a^{3} – b^{3} = \left( a-b \right) \times \left( a^{2} + b^{2} +ab \right)
$$

所以:

$$
\left( 1 – \sqrt[3]{x} \right) \left( \sqrt[3]{x^{2}} + \sqrt[3]{x} + 1 \right) = 1 – x
$$

于是:

$$
\lim_{x \rightarrow 1} \frac{1 – x}{1 – \sqrt[3]{x}} = \lim_{x \rightarrow 1} \frac{\left( 1 – x \right) \left( \sqrt[3]{x^{2}} + \sqrt[3]{x} + 1 \right)}{1 – x} = 3
$$

难度评级:

$n$ 方差($n$ 次幂差)公式

事实上,当 $n$ 为正整数的时候,对于式子 $a^{n} – b^{n}$, 我们有下面的通用计算公式:

$$
\begin{aligned}
a^{n} – b^{n} & = \left( a – b \right) \sum_{k=0}^{n-1} a^{n-1-k} b^{k} \\ \\
& = \left( a – b \right) \left( a^{n-1} + a^{n-2}b + a^{n-3}b^{2} + \cdots + ab^{n-2} + b^{n-1} \right)
\end{aligned}
$$

于是——

  1. 当 $n=2$ 时,有:

$$
a^{2} – b^{2} = \left( a – b \right) \left( a + b \right)
$$

  1. 当 $n=3$ 时,有:

$$
a^{3} – b^{3} = \left( a – b \right) \left( a^{2} + ab + b^{2} \right)
$$

  1. 当 $n=4$ 时,有:

$$
a^{4} – b^{4} = \left( a – b \right) \left( a^{3} + a^{2}b + ab^{2} + b^{3} \right)
$$

需要注意的是,由于:

$$
a^{3} – b^{3} = \left( a – b \right) \left( a^{2} + ab + b^{2} \right) \textcolor{orangered}{ \neq \left( a – b \right) \left( a^{2} + 2ab + b^{2} \right) }
$$

即:

$$
a^{3} – b^{3} = \left( a – b \right) \left( a^{2} + ab + b^{2} \right) \textcolor{orangered}{ \neq \left( a – b \right) \left( a+b \right)^{3-1} }
$$

因此:

$$
\textcolor{orangered}{
a^{n} – b^{n} \neq \left( a-b \right) \left( a+b \right)^{n-1}
}
$$


荒原之梦考研数学思维导图
荒原之梦考研数学思维导图

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峰图 | 用表格的形式辅助计算多项和的乘积

一、前言

在计算多项和的乘积的时候(也就是下面这样的式子),很容易出现计算失误:

$$
\left( a+b \right) \times \left( c+d \right) \times \left( e+f+g \right)
$$

在本文中,「荒原之梦考研数学」设计了一种基于表格的多项和的乘积的计算方式,帮助同学们在计算这类式子的时候降低错误率.

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从分式中拆分出常数的三个快速公式

一、前言

在本文中,「荒原之梦考研数学」将通过公式的推导,帮助同学们在遇到下面这样的式子时可以从中快速拆分出常数,从而方便进行积分、求导等运算:

$$
\frac{a x^{2} + b}{1+x^{2}} \quad \quad \frac{a x^{2} + b}{1 + cx^{2}} \quad \quad \frac{a x^{2} + b}{d + cx^{2}}
$$

我们的目标是,对上面的式子,建立下面的等式:

$$
\begin{align}
\frac{a x^{2} + b}{1+x^{2}} & = A – \frac{B}{1 + x^{2}} \tag{1} \\ \notag \\
\frac{a x^{2} + b}{1 + cx^{2}} & = A – \frac{B}{1 + c x^{2}} \tag{2} \\ \notag \\
\frac{a x^{2} + b}{d + cx^{2}} & = A – \frac{B}{d + c x^{2}} \tag{3}
\end{align}
$$

其中,$a$, $b$, $c$ 和 $d$ 是已知的常数,$A$ 和 $B$ 是未知常数.

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峰图 | 基于对函数微观结构的定义研究函数的光滑属性

一、前言

在本文中,「荒原之梦考研数学」将基于《判断一个点是不是尖点的“峰”式图形化方法:落圆法》和《为什么“尖点”一定是不可导点?因为尖点不是“双胞胎点”》这两篇文章中原创的新视角和思路,进一步做方法上的完善,通过对函数微观结构的创造性定义,在微观视角上实现对函数光滑属性的描述和解释. 由于对函数光滑属性的研究,实际上就是对函数的导函数进行研究,所以,本文所提供的方法可用于以更加直观的方式解释函数的可导性,以及对导函数性质的描述.

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函数表达式就是函数本身吗?

一、前言

函数可以表示成函数表达式,也可以表示成函数图象,甚至也可以用一系列的坐标点表示(几乎所有的计算机绘图使用的都是这种方式)——

我们知道,函数图象和函数的点阵坐标都只是对函数的近似表示,严格地说,无论函数图象,还是函数的点阵坐标,都不是函数本身.

那么,函数的表达式和函数是完全等价的关系吗?

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公式类推的过程中一定要注意约束条件是否唯一

一、前言

对公式做类推,通常可以让我们借助一个较简单的公式,直接得到一个较复杂的公式,并且不需要经过太多的推理过程.

在对公式做类推的时候,往往只能考虑一个变量,如果考虑两个及以上的变量,则会让整个类推的过程变得很复杂. 所以,在对公式做类推的时候,一定要注意识别类推得出的式子与之前的式子相比,是不是只有一个变量发生变化.

在本文中,「荒原之梦考研数学」将通过 $\ln x$ 和 $\ln (1-x)$ 的多阶导表达式的类推,来阐述上面的问题.

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N 个未知数需要多少个等式才能确定其取值

一、前言

在本文中,「荒原之梦考研数学」就给同学们讲清楚求解未知数时所需等式的最低数量,特别是当一个未知数有多个可能的不同取值时.

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不同的取整运算:取整、上取整、下取整

一、前言

在本文中,「荒原之梦考研数学」就来讨论一下高等数学中会遇到的三种取整运算:取整、上取整、下取整.

二、正文

在本文的前言部分,我之所以强调我们现在所讨论的取整、上取整和下取整运算是“高等数学”中的,是因为,在其他领域的语境下,“取整”运算指的是“四舍五入”运算,也就是说,在高等数学之外的领域,对 “$5.1$” 做取整操作,得到是 “$5$”, 而对 “$5.7$” 做取整操作,得到的是 “$6$”——

但是,在高等数学中,“ ”运算等同于“ ”运算,即“将一个实数 ”:

$$
\begin{aligned}
& \left[ 5.1 \right] = \lfloor 5.1 \rfloor = 5 \\ \\
& \left[ 5.7 \right] = \lfloor 5.7 \rfloor = 5
\end{aligned}
$$

同时,在高等数学中,“ ”运算,即“将一个实数 ”:

$$
\begin{aligned}
& \left[ 5.1 \right] = \lfloor 5.1 \rfloor = 6 \\ \\
& \left[ 5.7 \right] = \lfloor 5.7 \rfloor = 6
\end{aligned}
$$

三、例题

  1. 用夹逼准则求解取整函数的极限

同一个不定积分的不同计算结果真的只相差任意常数吗?

一、前言

我们知道,对不定积分的计算结果都要加上一个常数 $C$, 例如:

$$
\int f(x) \mathrm{~d} x = Z(x) + C
$$

也就是说,无论是 $Z(x) + 1$, $Z(x) + 2$, 还是 $Z(x) + 100$ 都是不定积分 $\int f(x) \mathrm{~d} x$ 的计算结果.

那么,是否存在一些不定积分,其结果可以表示为两个不同的函数,并且这两个函数之间并不是相差一个常数的关系呢?

在本文中,「荒原之梦考研数学」将通过两个例子,来讨论一下这一问题.

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