MIT Open Course Ware : Single Variable Calculus

时间:2021-04-29 05:36:20

第三课:求导四则运算及三角函数导数

证明 (sinx)' 和 (cosx)'

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第四课:链式法则及高阶导数

CHAIN RULE (25:55处)

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第六课:指数与对数函数导数、对数微分法

对指数形式的函数求导,两边取ln;

自然对数中那个 e = (1 + (1 / n))^n,当n趋向无穷大时; (42:00处)

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第七课:复习

Natural logrithm is really natural. (10:30处),经济学的例子,(p')/ p = (ln(p))'。p'表示股市价格波动,p为总价格;

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第八课:线性和二阶近似

线性近似的常用公式(22:00处):

f(x) ~= f(x0) + f'(x0)(x-x0); <=> delta(f)/delta(x) = f'(x0); 当x0 = 0, f(x) = f(0) + f'(0)x;

sin(x) = x;

cos(x) = 1;

e^x = 1+x;

ln(1+x) = x;

(1+x)^r = 1 + rx;

线性近似的实际应用 (30:00 处); 由于狭义相对论导致GPS卫星在计算时间时的误差修正;

二阶近似(quadratic approximation), (39:33处):

f(x) ~= f(x0) + f'(x0)(x-x0) + (f''(x0)/2)(x-x0); 以 sin(x)为例,可以看到二阶近似比线性近似更加接近于原始曲线(45:30处);

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第九课:曲线构图

f' > 0 => f is incresing; f' < 0  => f is decreasing;

f'' > 0 => f is concave up; f'' < 0 => f is concave down;

拐点 inflection point; 驻点 critical point;

f' 不等于0,则没有critical point;

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第十一课:最大值最小值应用

球盒子边长比例关系,得到最优的盒子,容量最大;假设底面为正方形(因为单变量微分,多变量可以求出3边关系),底边和高比为 2 时,最优;

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第十二课:应用举例,牛顿迭代法开篇

开头延续上一课结尾处的例子,利用相关变率判断超速问题,交警以雷达得到斜线方向速度,求出沿着公路的直线速度;

第二个例子是往一个圆锥体中注水,注水的体积按时间变化率固定,求液面的上升速率;(6:00处)

第三个例子,绳子的两端不等高,就绳子上的重物停留的位置;扩展到吊索桥吊绳的设计问题;(18:50处),另外,这个例子让我对MIT教授映像深刻!

Neton's Method: x0 = x0 - ( f(x0) / f'(x0) ); x1 = x1 - ( f(x1) / f'(x1) ); ... xn = xn - ( f(xn) / f'(xn) );

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第十三课:中值定理及不等式

Mean Value Theorem: ( f( b ) – f( a ) ) / ( b – a) ) = f’( c ); 从图形上来理解,就是在区间[a, b]间,有一条切线与直线ab平行;

Inequalities: min f’ <= f’( c ) <= max f’

利用这个不等式可以证明 e^x > 1 + x + x^2/2 + x^3/( 3 * 2) + … + x^n/n!; n趋向无穷大是的极限等于e^x; (视频 45:00处);

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第十四课:无穷小量和不定积分

例子,利用 dx,dy 线性近似,(64.1)^(1/3),先计算出 64^(1/3),然后求出 dx=1/10 时,dy 等于多少;(6:27 处)

举例说明求积分的方法:1,换元法;2,猜一个结果,对结果求导数,根据求导结果修正猜测的值;例子有:

16:42,    integral ( sin x )dx

18:24,    integral ( x^a )dx

20:00,    integral ( 1 / x )dx

24:33,    integral ( sec^2(x) )dx

31:00,    integral ( x^3 * (x^4 + 2)^5 )dx

36:40,    integral ( x / sqrt( 1 + x^2 ) )dx

38:30,    integral ( e ^ (6x) )dx

39:30,    integral ( x * e^( –1 * x^2 ) )dx

41:20,    integral ( sin x * cos x )dx

46:30,    integral ( 1 / (x * ln x) )dx

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第十五课:微分方程和分离变量

这节课介绍了求解微分方程的一种方法:1, separate variables; 2, find antiderivatives, then you get implicit solution; 3, get explicit solution;

example at 03:56, (d/dx + x)y = 0;

example at 26:35, 求函数,在(x,y)处切线斜率是2*(y/x),演示了微分方程的应用;建立微分方程,然后解方程;这个例子的解是抛物线;

example at 36:24, 求函数,在(x,y)处的切线,与直线(0,0), (x, y)垂直;

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第十六课:定积分(definite integrals)

求区间 [0, b] 上 f( x ) = x^2 定积分为例子,说明定积分,在 17:00 处利用金字塔的例子很好的说明了不等式 1/3 < (1 + 2^2 + 3^2 + … + n^2)/n^3 < 1/3 * (1+1/n)^3

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第十七课:Fundamental Theorem of Calculus 1

微积分第一定理:如果 F’ = f,那么从a到b integral( f( x ) )dx 等于 F( b ) – F( a );

10:30: intuitive interpretation of FTC; (学会2个新单词 odometer, speedometer)

22:30: properties of integrals

40:30: example of substitution integral

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第十八课:FTC2

微积分第二定理:如果 G(x) 等于 从 a 到 x,integral( f(t) )dt,那么 G’(x) = f(x);注意这里积分上限为x,对t积分;也就是积分上限是变化的;

03:09,比较FTC1 和 MVT (中值定理)

22:00,FTC2

24:17,一个简单的例子来说明FTC2,对f(t)积分再求导,就是f(x),由于积分上限是变量x,下限是常数c,直接将x替换t,得到f(x);

29:40,对FTC2做图证明,对FTC1证明

43:00,例子,如果 L’(x) = 1/x 并且 L(1) = 0;那么L(x) = 从1到x integral(1/t)dt

46:17,例子,Y’ = e^(-x^2) Y(0)=0; 那么Y(x)=从0到x integral( e^(-t^2) )dt;

这里得到的函数是之前其他形式所不能表达的,所以用FTC2可以表述“新函数”

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第十九课:对数函数的定义,积分造就了新函数,积分求面积

03:00,自然对数的定义,该例子中绘图进行了说明;

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15:00,新函数不能用基础数学形式(elementary terms)表述,这里例子绘图进行了说明;

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28:40,求面积;

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第二十课:积分求体积

7:50,method 1: method of disks

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11:13, example

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21:30, method 2: method of shells & example “witch’s cauldron”

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第二十课:平均值和概率

21:00,加权平均值

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28:46,“witches’ cauldron” example, 加热大锅里的水,要多少热量,温度函数T,体积函数pi*x^2,相乘后积分;

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求平均温度,即用到加权均值,因为从底部到顶部,体积是变化的,体积就是“权”;

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47:40,概率,部分除以全部;

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第二十二课:一个计算概率的例子;数值积分

计算概率的一个典型例子,飞镖(dart)射中站在飞镖盘边的小孩的概率

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概率的模型函数是e^((-r)^2),该函数旋转,然后求积分,部分除以全部

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35:00,数值积分(numerical integration)

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Riemann Sum

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trapezoidal rule

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Simpson’s rule

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第二十三课:继续数值积分的例子;复习

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第二十四课:三角函数换元法

基本三角函数公式,在换元法中广泛应用

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换元法中,如果sin或者cos中有奇数,替换奇数项,这种情况比较简单

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如果全是偶数项,较困难一些

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一个应用的例子,30:07,求圆中的部分面积

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第二十五课:三角换元法,逆向换元法,带平方积分

trig functions

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example of trig subsititution

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这是个很tricky的例子

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trig subsititution

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trig substitution and undoing trig substitution

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summary of x^2

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completing the square

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