A-2.求下列函数的导数:
(1)y=3x4-2x2+8, (2)y=5+3x-4x3,
(11)y=x
tanx, (12)y=sin(ax+b),
(13)y=sin2(ax+b), (14)y=cos2(ax+b),
(15)y=sinx cosx, (16)y=ln(x+a),
(17) y=x2eˉax, (18) y=xe-ax2. 式中a,b,c为常量。
A-3.计算习题A-2(1)-(18)中y的微分。
A-4.求以下函数围绕x=0的泰勒级数中前两个非0项:
A-5.求下列不定积分:
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A-6.计算下列定积分:
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二 矢量
1.矢量及其解析表示
物理学中有各种物理量,像质量、密度、能量、温度、压强等,在选定单位后仅需用一个数字来表示其大小,这类物理量叫做标量(scalar);而像位移、速度、加速度、动量、力等,除数量的大小外还具有一定的方向,这类物理量叫做矢量(vector)。严格地说,作为一个矢量,还必须遵从一定的合成法则与随坐标变换的法则。这将在下文和本课适当的地方论及。
中则常用黑体字(如A)。在作图时,用一个加箭头的线段来代表矢量,线段的长度正比于矢量的大小,箭头的方向表示矢量的方向(见图B-1)。
用直角坐标系来描述空间和表示其中的矢量,是最基本的方法。n维的直角坐标系有n个相互垂直的坐标轴。我们先从二维空间说起。
如图B-2所示,在平面上取二维直角坐标系xOy,在平面某点P上有矢量A,其大小为A,与x轴的夹角为α则它在x、y轴上的投影分别为Ax= Acosα, Ay=Asinα,Ax和Ay分别称为矢量A的x分量和y分量。应注意,一个矢量的分量是代数量,即其值是可正可负的。分别沿坐标轴Ox和Oy取单位矢量(即长度为1的矢量)i和j(见图B-2),则有
A=Axi+Ayj, (B.1)
这里i、j称为坐标系的基矢。当坐标系及其基矢选定后,数列(Ax,Ay)可以把矢量A的全部特征确定下来,所以我们也可以说矢量是个按一定顺序排列的数列,如数列(2,1)代表Ax=2,Ay=1的矢量,数列(0,-5)代表Ax=0,Ay=-5的矢量,等等。矢量大小的平方等于它的分量的平方和:
A2=Ax2+Ay2. (B.2)
图B-3所示为三维空间里的直角坐标系,这里有三个相互垂直的坐标轴Ox、Oy和Oz,在空间某点P上的矢量A大小为A,方向与Ox、
Oy、Oz轴的夹角分别为α、β、γ,则它在Ox、Oy、Oz轴上的投影,即x、y、z三个分量,分别为Ax=A cosα, Ay=A cosβ, Az=A cosγ,这里cosα、cosβ、cosγ称为这矢量的方向余弦。因方向余弦满足下列恒等式:
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cos2α+cos2β+cos2γ≡1, (B.3)
三个数中只有两个是独立的,它们把矢量的方向唯一地确定下来。
通常用i、j、k来代表三维直角坐标系的基矢。在三维的情况下,正交基矢有左手和右手两种系统。设想基矢i沿小于180°的角度转向基矢j.如图B-4a所示将右手的四指弯曲,代表上述旋转方向,则伸直的姆指指向基矢k.如此规定的正交基矢系统称为右手系统。若用左手代替上述操作过程所规定的正交基矢系统(见图B-4b),则是左手系统。我们按照国际惯例,一律采用右手系统。
有了正交基矢,矢量可以写成解析形式: A=Axi+Ayj+Azk (B.4)
三维的矢量要用长度为3的数列(Ax,Ay,Az)来表示,如(1,3,0)、(-2,0,-1)等。与二维的情况类似,我们有
A2=Ax2+Ay2+Az2. (B.5)
2.矢量的加减法
从上面我们看到,一个n维的矢量可看成是一个长度为n的有序数列(A1,A2,?,An)。从这种意义上说,标量是个一维的矢量。把标量的加减运算推广到矢量,我们有
(A1,A2,?,An)±(B1,B2,?,Bn)=(A1±B1, A2±B2,?,An±Bn), (B.6) 从矢量的叠加图B-5不难看出,上述运算(解析运算)与通常矢量合成的平行四边形法则(几何运算)是一致的(请读者自行证明)。
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用几何法运算矢量A和B的叠加,可利用如图B-6a所示的平行四边形,也可利用与之等价的三角形(见图B-6b)。这后一种图示,对于两个以上矢量的的合成特别方便,因为我们只需把它们首尾衔接起来就行了(见图B-7)。在一个矢量前面加个负号,表示一个与它大小相等、方向相反的矢量(见图B-8a)。矢量之差A-B可理解为矢量A与-B的合成A+(- B)(见图B-8b),它也可利用A和B组成的另一种方式组合成的三角形来表示(见图B-6c)。
从矢量加减的解析表示(B.6)式可立即看出,它们是符合通常的交换律和组合律的:
A+B=B+A, (交换律) (B.7)
A+(B+C)=(A+B)+C, (组合律) (B.8)
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