以下是高等数学中常见公式的整理,涵盖导数、积分、三角函数、微分方程等核心内容:
一、导数公式
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基本导数公式
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$(c)' = 0$
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$(x^n)' = nx^{n-1}$
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$(\sin x)' = \cos x$
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$(\cos x)' = -\sin x$
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$(e^x)' = e^x$
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$(\ln x)' = \frac{1}{x}$
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高阶导数公式(莱布尼兹公式) $$\frac{d^n}{dx^n}(uv) = \sum_{k=0}^n C_n^k u^{(n-k)}v^{(k)}$$
其中 $C_n^k = \frac{n!}{k!(n-k)!}$。
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常见函数导数
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$(\tan x)' = \sec^2 x$
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$(\cot x)' = -\csc^2 x$
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$(\sec x)' = \sec x \tan x$
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$(\csc x)' = -\csc x \cot x$ 。
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二、积分公式
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基本积分公式
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$\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C$
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$\int \sin x dx = -\cos x + C$
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$\int \cos x dx = \sin x + C$
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$\int e^x dx = e^x + C$
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$\int \frac{1}{x} dx = \ln |x| + C$ 。
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三角函数积分
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$\int \sec^2 x dx = \tan x + C$
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$\int \csc^2 x dx = -\cot x + C$
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$\int \sec x \tan x dx = \sec x + C$ 。
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分部积分法 $$\int u dv = uv - \int v du$$
常见组合:$\int x \sin x dx = -x \cos x + \sin x + C$ 。
三、三角函数公式
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同角三角函数关系
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$\sin^2 x + \cos^2 x = 1$
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$\tan x = \frac{\sin x}{\cos x}$
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$\sec x = \frac{1}{\cos x}$ 。
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和差角公式
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$\sin(a \pm b) = \sin a \cos b \pm \cos a \sin b$
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$\cos(a \pm b) = \cos a \cos b \mp \sin a \sin b$ 。
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倍角公式
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$\sin 2x = 2 \sin x \cos x$
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$\cos 2x = \cos^2 x - \sin^2 x$ 。
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四、微分方程
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一阶线性微分方程 $$\frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x)$$
通解公式:$y = e^{-\int P(x)dx} \left( \int Q(x) e^{\int P(x)dx} dx + C \right)$ 。
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二阶常系数齐次线性微分方程 $$y'' + py' + qy = 0$$
特征方程:$r^2 + pr + q = 0$,根据根的情况讨论通解形式 。
五、几何与物理应用
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曲率公式 :$k = \frac{|y''|}{(1 + (y')^2)^{3/2}}$ 。
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拉格朗日中值定理 :若函数在闭区间$[a, b]$连续,在开区间$(a, b)$可导,则存在$\xi \in (a, b)$,使得$f(b) - f(a) = f'(\xi)(b - a)$ 。
以上公式为高等数学的核心内容,建议结合具体问题练习应用。