微积分(Calculus)是研究函数的微分、积分以及有关概念和应用的数学分支。它是数学的一个基础学科。内容主要包括极限、微分学、积分学及其应用。微分学包括求导数的运算,是一套关于变化率的理论。它使得函数、速度、加速度和曲线的斜率等均可用一套通用的符号进行讨论。积分学,包括求积分的运算,为定义和计算面积、体积等提供一套通用的方法。微积分学基本定理指出,微分和积分互为逆运算,这也是两种理论被统一成微积分学的原因。我们可以以两者中任意一者为起点来讨论微积分学,但是在教学中,微分学一般会先被引入。微积分学是微分学和积分学的总称。 它是一种数学思想,‘无限细分’就是微分,‘无限求和’就是积分。无限就是极限,极限的思想是微积分的基础,它是用一种运动的思想看待问题。比如,子弹飞出枪膛的瞬间速度就是微分的概念,子弹每个瞬间所飞行的路程之和就是积分的概念。如果将整个数学比作一棵大树,那么初等数学是树的根,名目繁多的数学分支是树枝,而树干的主要部分就是微积分。微积分堪称是人类智慧最伟大的成就之一。
极限和微积分的概念可以追溯到古代。到了十七世纪后半叶,牛顿和莱布尼茨完成了许多数学家都参加过准备的工作,分别独立地建立了微积分学。他们建立微积分的出发点是直观的无穷小量,理论基础是不牢固的。直到十九世纪,柯西和维尔斯特拉斯建立了极限理论,康托尔等建立了严格的实数理论,这门学科才得以严密化。 微积分是与实际应用联系着发展起来的,它在天文学、力学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、社会科学及应用科学个分支中,有越来越广泛的应用。特别是计算机的发明更有助于这些应用的不断发展。 微积分学是微分学和积分学的总称。 客观世界的一切事物,小至粒子,大至宇宙,始终都在运动和变化着。因此在数学中引入了变量的概念后,就有可能把运动现象用数学来加以描述了。 由于函数概念的产生和运用的加深,也由于科学技术发展的需要,一门新的数学分支就继解析几何之后产生了,这就是微积分学。微积分学这门学科在数学发展中的地位是十分重要的,可以说它是继欧氏几何后,全部数学中的最大的一个创造。 微积分学的建立 从微积分成为一门学科来说,是在十七世纪,但是,微分和积分的思想在古代就已经产生了。 公元前三世纪,古希腊的阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和旋转双曲体的体积的问题中,就隐含着近代积分学的思想。作为微分学基础的极限理论来说,早在古代以有比较清楚的论述。比如我国的庄周所著的《庄子》一书的“天下篇”中,记有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。三国时期的刘徽在他的割圆术中提到“割之弥细,所失弥小,割之又割,以至于不可割,则与圆周和体而无所失矣。”这些都是朴素的、也是很典型的极限概念。 到了十七世纪,有许多科学问题需要解决,这些问题也就成了促使微积分产生的因素。归结起来,大约有四种主要类型的问题:第一类是研究运动的时候直接出现的,也就是求即时速度的问题。第二类问题是求曲线的切线的问题。第三类问题是求函数的最大值和最小值问题。第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的物体作用于另一物体上的引力。 十七世纪的许多著名的数学家、天文学家、物理学家都为解决上述几类问题作了大量的研究工作,如法国的费尔玛、笛卡尔、罗伯瓦、笛沙格;英国的巴罗、瓦里士;德国的开普勒;意大利的卡瓦列利等人都提出许多很有建树的理论。为微积分的创立做出了贡献。 十七世纪下半叶,在前人工作的基础上,英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别在自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工作,虽然这只是十分初步的工作。他们的最大功绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起,一个是切线问题(微分学的中心问题),一个是求积问题(积分学的中心问题)。 牛顿和莱布尼茨建立微积分的出发点是直观的无穷小量,因此这门学科早期也称为无穷小分析,这正是现在数学中分析学这一大分支名称的来源。牛顿研究微积分着重于从运动学来考虑,莱布尼茨却是侧重于几何学来考虑的。 牛顿在1671年写了《流数法和无穷级数》,这本书直到1736年才出版,它在这本书里指出,变量是由点、线、面的连续运动产生的,否定了以前自己认为的变量是无穷小元素的静止集合。他把连续变量叫做流动量,把这些流动量的导数叫做流数。牛顿在流数术中所提出的中心问题是:已知连续运动的路径,求给定时刻的速度(微分法);已知运动的速度求给定时间内经过的路程(积分法)。 德国的莱布尼茨是一个博才多学的学者,1684年,他发表了现在世界上认为是最早的微积分文献,这篇文章有一个很长而且很古怪的名字《一种求极大极小和切线的新方法,它也适用于分式和无理量,以及这种新方法的奇妙类型的计算》。就是这样一片说理也颇含糊的文章,却有划时代的意义。他以含有现代的微分符号和基本微分法则。1686年,莱布尼茨发表了第一篇积分学的文献。他是历史上最伟大的符号学者之一,他所创设的微积分符号,远远优于牛顿的符号,这对微积分的发展有极大的影响。现在我们使用的微积分通用符号就是当时莱布尼茨精心选用的。 微积分学的创立,极大地推动了数学的发展,过去很多初等数学束手无策的问题,运用微积分,往往迎刃而解,显示出微积分学的非凡威力。 前面已经提到,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,他必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样。 不幸的事,由于人们在欣赏微积分的宏伟功效之余,在提出谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。 其实,牛顿和莱布尼茨分别是自己独立研究,在大体上相近的时间里先后完成的。比较特殊的是牛顿创立微积分要比莱布尼词早10年左右,但是整是公开发表微积分这一理论,莱布尼茨却要比牛顿发表早三年。他们的研究各有长处,也都各有短处。那时候,由于民族偏见,关于发明优先权的争论竟从1699年始延续了一百多年。 应该指出,这是和历史上任何一项重大理论的完成都要经历一段时间一样,牛顿和莱布尼茨的工作也都是很不完善的。他们在无穷和无穷小量这个问题上,其说不一,十分含糊。牛顿的无穷小量,有时候是零,有时候不是零而是有限的小量;莱布尼茨的也不能自圆其说。这些基础方面的缺陷,最终导致了第二次数学危机的产生。 直到19世纪初,法国科学学院的科学家以柯西为首,对微积分的理论进行了认真研究,建立了极限理论,后来又经过德国数学家维尔斯特拉斯进一步的严格化,使极限理论成为了微积分的坚定基础。才使微积分进一步的发展开来。 任何新兴的、具有无量前途的科学成就都吸引着广大的科学工作者。在微积分的历史上也闪烁着这样的一些明星:瑞士的雅科布·贝努利和他的兄弟约翰·贝努利、欧拉、法国的拉格朗日、科西…… 欧氏几何也好,上古和中世纪的代数学也好,都是一种常量数学,微积分才是真正的变量数学,是数学中的大革命。微积分是高等数学的主要分支,不只是局限在解决力学中的变速问题,它驰骋在近代和现代科学技术园地里,建立了数不清的丰功伟绩。 微积分的基本内容 研究函数,从量的方面研究事物运动变化是微积分的基本方法。这种方法叫做数学分析。 本来从广义上说,数学分析包括微积分、函数论等许多分支学科,但是现在一般已习惯于把数学分析和微积分等同起来,数学分析成了微积分的同义词,一提数学分析就知道是指微积分。微积分的基本概念和内容包括微分学和积分学。 微分学的主要内容包括:极限理论、导数、微分等。 积分学的主要内容包括:定积分、不定积分等。 微积分是与应用联系着发展起来的,最初牛顿应用微积分学及微分方程为了从万有引力定律导出了开普勒行星运动三定律。此后,微积分学极大的推动了数学的发展,同时也极大的推动了天文学、力学、物理学、化学、生物学、工程学、经济学等自然科学、社会科学及应用科学各个分支中的发展。并在这些学科中有越来越广泛的应用,特别是计算机的出现更有助于这些应用的不断发展。
国内:现如今二重积分基础理论的研究已经相当成熟,在实际应用中的研究还比较少,任何一门学问在历史发展过程中都会与时俱进,所以二重积分的发展趋势会在现有的基础上日益完善,尤其是在物理学、经济学等应用方面的研究会越来越深入,整个微积分体系会越来越完备
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据学术堂了解,基本每个学校都会在写论文之前为大家发一份论文指导书。上面有论文需要上交的文件,以及格式范本,模板。非常重要,大家一定要好好阅读。开题报告主要分为几块,背景、思路、文献综述、参考文献。具体的字号以及排版指导书中都会有注明,所以仔细看指导书就好。1.论文背景这一块主要就是写怎么发现题目,为什么要写与这个题目相关的论文以及可研究的东西有哪些。2.论文思路这部分有点不同了,我们学校的规定是这一块具体写论文的框架。而且需要细分小点,1.1,1.2,2.1这样。我们导师告诉我们论文一篇论文加上引言和结论一般是4-5小节。所以大家要好好想想自己的论文可以怎么分。基本上思路定好了,论文的框架就出来了。3.文献综述这是我觉得最难的。文献综述主要就是写国内外学者的研究情况。针对你的论文内容,他们做出了哪些研究。我们的导师告诉我们这一块就是去网上查找文献然后将国内外学者的观点拼接起来。注意还要把文章的出处记录下来,因为之后还会有参考文献需要填写。据说文献综述最好是分为国内外两块。国内学者xxx(注明文章出处的年份)曾发表过这样的观点……,在……研究上,……(作者,年份)。提及作者名字的括号内就只需要备注年份,不需要备注姓名。没有提及作者姓名只是引用的则还需要备注姓名和年份。4.参考文献参考文献就是把文献综述中所用到的参考文献都记录下来。还需要标明文献类型及出版社和页码等。书籍类的是M,期刊类的是J。这些指导书中也都有记录,所以好好阅读指导书是多么的重要!至此,开题报告就完成了。大家主要就是提前确定选题,提前和老师沟通,这一点非常重要。有些学校可能还会有开题答辩。大家就放轻松。老师们主要是点出开题报告中的不足,告诉你怎么修改会比较好。当然你一定要对自己的论文内容十分了解。
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下面是由整理的计算机专业论文开题报告格式,欢迎阅读。更多内容请点击【开题报告】 随着现代信息技术的迅猛发展,网络技术在教育中的应用日益广泛和深入,特别是Internet与校园网的接轨,为中小学教育提供了丰富的资源,使网络教学真正成为现实,同时也为中小学教育开辟了广阔的前景。陈至立部长在全国中小学信息技术教育工作会议上指出:“全国实施中小学’校校通’工程,努力实现基础教育的跨越式发展。”“‘校校通’工程的目标是用5年到10年时间,加强信息基础设施和信息资源建设,使全国90%左右独立建制的中小学校能够上网,使中小学师生都能共享网上资源,提高中小学的教育教学质量。”“校校通”工程的启动和发展,给中小学教学带来革新的机会,为学科教学信息化奠定了物质基础。如何有效地利用网上的资源,建构基于网络的现代教学模式是1个迫切研究的问题,而开展网络教学模式研究的重要理论基础之1就是网络教学的设计与评价。因此,开展网络教学的设计与评价的探索与实践研究有着10分重要的意义。 1、课题研究背景 (1)国内外的研究现状 1、网络教学的设计理论与方法的研究缺乏系统性 通过对国内外有关的学术刊物(如《电化教育研究》、《中国电化教育》、《Educational Technology》等)、教育网站和国际国内有关学术会议(GCCCE、ICCE、CBE等)的论文集进行分析,网络教学的设计研究主要是关于建构主义学习环境的设计和协作学习的设计等方面,缺乏系统的研究。可以说,网络教学的设计理论的研究还处于初级阶段,还有很多问题需要去研究和探索。例如,在网络环境下如何利用网络资源进行主动学习、利用虚拟情境进行探究学习、利用通讯工具进行协商学习、利用工具进行创造学习的设计以及教师指导性活动的设计等方面,都值得我们去研究。 2、网络教学的评价研究才刚刚起步 随着Internet应用的普及,网络教学已成为1种重要的教学手段和教学场所。然而,与传统教学相比,网络教学的质量保证体系却显得不够完善、健全。如何保证网络教学的质量,建立1个行之有效的网络教学评价模型,已成为网络教学研究的1个重要课题。时至2000年,教育部批准全国31所高校建立网络教育学院,但却没有制定出如何保证网络教育质量的相关政策。美国国家教育政策研究所(The Institute For Higher Education Policy)于2000年4月也发表了1份名为"在线教育质量:远程互联网教育成功应用的标准"的报告,然而,这些文章(报告)也仅仅是描述性的定义网络教学的评价指标,而对如何组织评价、如何获取定量数据、评价数据如何促进教学等方面则很少涉及。目前,网络教学的支撑平台中的学习评价模块往往只含有测试部分,而缺乏相应的分析与反馈。 (2)课题研究的意义 1、促进网络教学的发展,提高网络教学的质量 由于网络教学可以实现信息资源共享,在网上组织最优秀的教材和教法,使学习者在网上可以学到最新的知识,因此是教学改革发展的方向。通过本项目的研究与实践,使网络教学更能为学习者提供1个建构主义的学习环境,充分体现学生的首创精神,学生有更多的机会在不同情境下去运用他们所学的知识,而且学生可以根据自身的行动的反馈来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案,从而提供网络教学的质量。2、寻找利用计算机技术和网络技术实现学生远程交互自主学习的教学设计的技术解决方案 3、完善和发展教学设计理论 网络环境下的教学与传统教学,不仅是教学环境的不同,在教学内容、教学手段、教学传播形式上都有本质的区别。通过本项目的研究,能够解决网络环境下,教学如何进行教学设计,如何调控教学过程,如何有效实施教学活动以达成教学目标,是对教学设计理论的完善和发展。 2、课题研究内容 (1)研究的主要内容 1、网络教学设计理论体系的研究 包括教学目标的设计、建构性学习环境的设计、学习情境的设计、学习资源的设计、学生自主学习活动的设计、学生协作学习活动的设计、教师指导性活动的设计、学习评价工具的设计等。 2、基于网络环境下的教学策略与教学模式的研究 (1)网络教学策略的研究,如网络环境下的教学内容组织策略、网络环境下的教学情景营造策略、网络环境下的教学对话组织策略、网络环境下的的课堂管理策略等 (2)网络教学模式的研究,如项目化学习模式、探索性学习模式、研究性学习模式等 3、网络教学评价的内容体系、方法、步骤与模型的研究 4、网络教学设计系统软件的开发与应用 5、网络教学评价系统软件的开发与应用 根据上述研究内容,总课题下设如下子课题: 1、网络教学设计与教学评价的理论研究(谢幼如、李克东) 2、网络教学资源的开发(邓文新) 3、网络教学设计与教学评价系统的开发(柯清超) 4、Web课程的教学过程设计及支持系统的研究(陈品德) 5、网络教学设计与教学评价理论的应用研究(余红) (2)课题的研究目标 本项目的研究目标是:运用现代教学理论与建构主义学习理论,通过教学改革与实验,探索网络教学的设计与评价的理论和方法,开发相配套的网络教学的设计和评价系统软件,探索普通中小学利用网络资源进行网络教学的途径与方法。 (3)预期成果形式 1、论文与专著 发表有关网络教学的设计与评价的1系列学术论文,出版专著《网络教学的设计与评价》。 2、电脑软件 开发《网络教学设计系统软件》和《网络教学评价系统软件》,制作《网络教学设计》专题教学(学习)网站,建立《教学设计》多媒体资源库。3、研究方法与技术路线 (1)研究方法与步骤 本项目的研究主要采用行动研究、实验研究、评价研究等方法。 对于较大规模的教学设计与教学模式的试验研究,将采用行动研究方法。 对于个别带有创新性的,能提出重要见解的小范围的教学研究,则通过建立科学的假设,采用实验研究的方法。 关于教学模式的评价和有关教学效果的分析,则采用评价研究方法。 研究步骤如下: 2002年5月-2002年8月,收集资料,建立模型 2002年9月-2003年1月,开发软件 2004年2月-2004年8月,教学试验,评价修改 2005年9月-2005年12月,扩大试验,归纳总结 (2)关键技术 1、基于网络的协作化设计思维工具的通讯模型的构建; 2、教学设计系统中师生教学活动的可视化表示与分析; 3、网络教学的教学评价模型的构建; 4、网络教学过程中学习反应信息的自动采集与处理。 4、课题研究价值 (1)创新点 1、建立网络教学设计的理论体系与方法。 2、建立基于网络环境的各类教学评价指标体系。 3、开发出操作性强、具有实际应用价值的网络教学的设计工具和评价系统软件。 (2)理论意义 传统的教学设计是应用系统方法分析和研究教学的问题和需求,确立解决他们的方法与步骤,并对教学结果作出评价的1种计划过程与操作程序。现代教学设计理论已经不拘泥于系统论的理论基础,不强调对教学活动的绝对控制,逐渐放弃呆板的设计模式,开始强调教学设计的关系性、灵活性和实时性,从而更加有利于学生的创新精神和实践能力。本课题的理论成果将完善和发展传统的教学设计理论与方法。 (3)应用价值 1、通过课题的研究与实践,总结并形成基于网络环境下学科教学设计的理论与方法,优化中小学课堂教学结构。 2、通过课题的研究与实践,探索并总结信息化时代如何改革传统的思想和模式,使学生学会利用网络资源进行学习的方法和经验。 3、通过课题的研究与实践,探索普通中小学利用网络资源的途径与方法,形成1批优秀的网络教学课例。4、通过课题的研究与实践,开发出具有应用推广价值的网络教学的设计工具和评价系统软件。 5、研究基础 (1)已有相关成果 1、曾于93年、97年两度获得国家级优秀教学成果奖,其中《多媒体组合教学设计的理论与实践》项目的成果在全国的大中小学广泛应用,《多媒体组合教学设计》(李克东、谢幼如编著,科学出版社)多次再版发行。 2、出版的《多媒体教学软件设计》(含教材与光碟)(谢幼如等编著,电子工业出版社,1999年)、《多媒体教学软件设计与制作》(含教材与光碟)(李克东、谢幼如、柯清超编著,中央广播电视大学出版社,2000年)和《信息技术与学科教学整合》(李克东、谢幼如、柯清超等,万方数据电子出版社,2001年)在全国广泛应用。 3、97年《多媒体技术在基础教育改革中的应用实验研究》和《小学语文"4结合"教学改革试验研究》获国家教委全国师范院校面向基础教育改革科学研究优秀成果2等奖。 4、承担国家"95"重点科技攻关项目《计算机辅助教学软件研制开发与应用》(简称96-750)《小学语文科学小品文》、《小学语文古诗欣赏》、《小学语文扩展阅读》、《初中语文新诗赏析》4个子课题的研制与开发,4个项目6张光盘全部通过教育部组织的专家组鉴定,被评为优秀软件,并由北京师范大学出版社和电子工业出版社出版,在国内及东南亚地区发行。 5、2000年所完成的《学习反应信息分析系统》获广东省高等学校优秀多媒体教学软件1等奖,并出版专著《学习反应信息的处理方法与应用》(谢幼如、李克东著,暨南大学出版社,1999年)。 (2)研究条件 华南师范大学教育技术学科是国家级重点学科,华南师范大学教育信息技术学院是"211工程"重点建设学科单位,我国的教育技术学博士点之1。华南师范大学教育技术研究所拥有从事计算机教育应用研究的人员近30名,其中包括教授2名、副教授5名、讲师8名、博士研究生4名和硕士研究生近15名。他们在长期的研究工作中,对各种多媒体教学软件、网络教学应用软件、学科教学工具、资源库管理应用系统进行了深入的研究与探索,并已取得了实质性的进展和成果。本研究所拥有先进的计算机软件开发实验室两个、国家级的多媒体教学软件制作基地1个,在国内教育技术领域方面处于领先地位。 (3)参考文献 1、《多媒体组合教学设计》,李克东、谢幼如编著,科学出版社,1992年第1版、1994年第2版 2、《多媒体教学软件设计》谢幼如等编著,电子工业出版社,1999年 3、《信息技术与学科教学整合》,李克东、谢幼如主编,万方数据电子出版社,2001年 4、《学习反应信息的处理方法与应用》,谢幼如、李克东著,暨南大学出版社,1999年 5、《Global Education On the Net》,高等教育出版社、Springer 出版社,1999年 6、《教学设计原理》,R。M。加涅、L。J。布里格斯、W。W。韦杰著,华东师范大学出版社,1999年 7、《新型教学模式的探索》,谢幼如编著,北京师范大学出版社,1998年 8、全球华人计算机教育应用大会(GCCCE)第1届至第5届论文集,1997年(广州)、1998年(香港)、1999年(澳门)、2000年(新加坡)、2001年(台北) 9、《改善学习--2001中小学信息技术教育国际研讨会论文选编》,吉林教育出版社,2001年 10、《认知过程的评估》,J。P。戴斯、J。A。纳格利尔里、J。R。柯尔比著,华东师范大学出版社,1999年 11、《教育技术学研究方法》,李克东编著,北京师范大学出版社,2002年 6、研究组 本课题的研究人员由教学设计专家、信息技术教育应用专家、网络技术专家、学科教学专家、中小学教师、教育技术研究人员与研究生组成,以大学的教育技术研究所为核心,主要以广东、江苏、浙江、福建等地区的部分中小学以及西部1些网络环境较好的中小学为研究基地,辐射其他地区的中小学,借助信息技术产业的技术力量,实现理论、技术与学科教学的优化整合。 总课题组顾问:南国农教授(我国著名电化教育专家,西北师范大学) 李运林教授(华南师范大学电化教育系原系主任) 周君达教授(中央电化教育馆原副馆长) 苏式冬教授(广东教育学院原副院长) 许汉特级教师(广州市教研室) 总课题组组长:谢幼如教授(华南师范大学教育技术研究所) 李克东教授(华南师范大学教育技术研究所所长、博士生导师) 总课题组成员:柯清超博士生(华南师范大学教育技术研究所) 陈品德副教授、博士生(华南师范大学网络中心) 邓文新讲师(华南师范大学教育技术研究所) 余红副教授(华南师范大学教育技术研究所) 总课题组秘书:王冬青博士生(华南师范大学教育技术研究所) 高瑞利硕士生(华南师范大学教育技术研究所) 刘铁英硕士生(华南师范大学教育技术研究所) 孔维宏硕士生(华南师范大学教育技术研究所) 徐光涛硕士生(华南师范大学教育技术研究所) 杨淑莲硕士生(华南师范大学教育技术研究所) 尹睿硕士生(华南师范大学教育技术研究所)
有个未知数u怎么用数值来做啊
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对于求一般的常微分方程初值问题的数值解来说,已经有很多的方法。在实际应用中,我们当然希望能够结合具体问题的特点,充分利用不同方法的差异,选择一种更为合适的方法,力争得到尽可能好的结果。对于求解实际问题来说,我们通常并不能立即得出所得到的结果到底有几位有效数字。虽然可以通过理论分析来估计误差,但这样做一是劳神费力,二是所得到的结果也未必靠的住,这中间不确定的因素太多。在现代计算机条件下,采用基于试验的方法一般比理论分析的结果更为直观,更为具体。在这个基础上再辅之以理论分析,结论当然更可靠一些。求解一阶常微分方程的新的数值求解方法(欧拉—牛顿法)是改进的欧拉方法和牛顿法的完美结合,从而为求解一阶常微分方程的数值解提供了方便,并且结果的精度也比较高.
2017大学数学论文范文
由于特殊函数是数学分析中的一种重要工具,因此特殊函数的学习及应用非常重要。但是特殊函数往往不是用一种方法就能解决的,它是多种方法的灵活运用,也是各种思想方法的集中体现,因此难度较大。下面是我整理的关于几类特殊函数的性质及应用的数学论文范文,欢迎大家阅读。
几类特殊函数的性质及应用
【摘要】本文将对数学分析中特殊函数,诸如伽玛函数、贝塔函数贝塞尔函数等超几何数列函数,具有特殊的性质和特点,在现实中得到大量的运用的函数。本文主要以简单介绍以上三种特殊函数性质,及其在其它领域的应用,诸如利用特殊函数求积分,利用特殊函数解相关物理学问题。本文首先以回顾学习几类常见特殊函数概念、性质,从而加深读者理解,然后以相关实例进行具体分析,从而达到灵活应用的目的。
【关键词】特殊函数;性质;应用;伽马函数;贝塔函数;贝塞尔函数;积分
1.引言
特殊函数是指一些具有特定性质的函数,一般有约定俗成的名称和记号,例如伽玛函数、贝塔函数、贝塞尔函数等。它们在数学分析、泛函分析、物理研究、工程应用中有着举足轻重的地位。许多特殊函数是微分方程的解或基本函数的积分,因此积分表中常常会出现特殊函数,特殊函数的定义中也经常会出现积分。传统上对特殊函数的分析主要基于对其的数值展开基础上。随着电子计算的发展,这个领域内开创了新的研究方法。
由于特殊函数是数学分析中的一种重要工具,因此特殊函数的学习及应用非常重要。本文归纳出特殊函数性质、利用特殊函数在求积分运算中的应用、特殊函数在物理学科方面的应用,利用Matlab软件画出一些特殊函数的图形,主要包含内容有:定义性质学习,作积分运算,物理知识中的应用,并结合具体例题进行了详细的探究和证明。
特殊函数定义及性质证明
特殊函数学习是数学分析的一大难点,又是一大重点,求特殊函数包含很多知识点,有很多技巧,教学中可引导学生以探究学习的方式进行归纳、总结;一方面可提高学生求函数极限的技能、技巧;另一方面也可培养学生的观察、分析、归类的能力,对学生的学习、思考习惯,很有益处。
特殊函数性质学习及其相关计算,由于题型多变,方法多样,技巧性强,加上无固定的规律可循,往往不是用一种方法就能解决的,它是多种方法的灵活运用,也是各种思想方法的集中体现,因此难度较大。解决这个问题的途径主要在于熟练掌握特殊函数的特性和一些基本方法。下面结合具体例题来探究特殊函数相关性质及应用。
2.伽马函数的性质及应用
2.1.1伽马函数的定义:
伽马函数通常定义是:这个定义只适用于的区域,因为这是积分在t=0处收敛的条件。已知函数的定义域是区间,下面讨论Г函数的两个性质。
2.1.2Г函数在区间连续。
事实上,已知假积分与无穷积分都收敛,则无穷积分在区间一致收敛。而被积函数在区间D连续。Г函数在区间连续。于是,Г函数在点z连续。因为z是区间任意一点,所以Г函数在区间连续。
2.1.3,伽马函数的递推公式
此关系可由原定义式换部积分法证明如下:
这说明在z为正整数n时,就是阶乘。
由公式(4)看出是一半纯函数,在有限区域内的奇点都是一阶极点,极点为z=0,-1,-2,...,-n,....
2.1.4用Г函数求积分
2.2贝塔函数的性质及应用
2.2.1贝塔函数的定义:
函数称为B函数(贝塔函数)。
已知的定义域是区域,下面讨论的三个性质:
贝塔函数的性质
2.2.2对称性:=。事实上,设有
2.2.3递推公式:,有事实上,由分部积分公式,,有
即
由对称性,
特别地,逐次应用递推公式,有
而,即
当时,有
此公式表明,尽管B函数与Г函数的定义在形式上没有关系,但它们之间却有着内在的联系。这个公式可推广为
2.2.4
由上式得以下几个简单公式:
2.2.5用贝塔函数求积分
例2.2.1
解:设有
(因是偶函数)
例2.2.2贝塔函数在重积分中的应用
计算,其中是由及这三条直线所围成的闭区域,
解:作变换且这个变换将区域映照成正方形:。于是
通过在计算过程中使用函数,使得用一般方法求原函数较难的问题得以轻松解决。
2.3贝塞尔函数的性质及应用
2.3.1贝塞尔函数的定义
贝塞尔函数:二阶系数线性常微分方程称为λ阶的贝塞尔方程,其中y是x的未知函数,λ是任一实数。
2.3.2贝塞尔函数的'递推公式
在式(5)、(6)中消去则得式3,消去则得式4
特别,当n为整数时,由式(3)和(4)得:
以此类推,可知当n为正整数时,可由和表示。
又因为
以此类推,可知也可用和表示。所以当n为整数时,和都可由和表示。
2.3.3为半奇数贝塞尔函数是初等函数
证:由Г函数的性质知
由递推公式知
一般,有
其中表示n个算符的连续作用,例如
由以上关系可见,半奇数阶的贝塞尔函数(n为正整数)都是初等函数。
2.3.4贝塞尔函数在物理学科的应用:
频谱有限函数新的快速收敛的取样定理,.根据具体问题,利用卷积的方法还可以调节收敛速度,达到预期效果,并且计算亦不太复杂。由一个函数的离散取样值重建该函数的取样定理是通信技术中必不可少的工具,令
称为的Fourier变换。它的逆变换是
若存在一个正数b,当是b频谱有限的。对于此类函数,只要取样间隔,则有离散取样值(这里z表示一切整数:0,)可以重建函数,
这就是Shannon取样定理。Shannon取样定理中的母函数是
由于Shannon取样定理收敛速度不够快,若当这时允许的最大取样间隔特征函数Fourier变换:
以下取样方法把贝塞尔函数引进取样定理,其特点是收敛速度快,且可根据实际问题调节收敛速度,这样就可以由不太多的取样值较为精确地确定函数。
首先建立取样定理
设:
其中是零阶贝塞尔函数。构造函数:
令
经计算:
利用分部积分法,并考虑到所以的Fourier变换。
通过函数卷积法,可加快收敛速度,使依据具体问题,适当选取N,以达到预期效果,此种可调节的取样定理,计算量没有增加很多。取:
类似地
经计算:
经计算得:
则有:设是的Fourier变换,
记则由离散取样值
因为,故该取样定理收敛速度加快是不言而喻的,通过比较得,计算量并没有加大,而且N可控制收敛速度。
例2.4,利用
引理:当
当
因为不能用初等函数表示,所以在求定积分的值时,牛顿-莱布尼茨公式不能使用,故使用如下计算公式
首先证明函数满足狄利克雷充分条件,在区间上傅立叶级数展开式为:
(1)
其中
函数的幂级数展开式为:
则关于幂级数展开式为: (2)
由引理及(2)可得
(3)
由阶修正贝塞尔函数
其中函数,且当为正整数时,取,则(3)可化为
(4)
通过(1)(4)比较系数得
又由被积函数为偶函数,所以
公式得证。
3.结束语
本文是关于特殊函数性质学习及其相关计算的探讨,通过对特殊函数性质的学习及其相关计算的归纳可以更好的掌握特殊函数在日常学习中遇到相关交叉学科时应用,并且针对不同的实例能够应用不同的特殊函数相关性质进行证明、计算,从而更加简洁,更加合理的利用特殊函数求解相关问题。有些特殊函数的应用不是固定的,它可以通过不止一种方法来证明和计算,解题时应通过观察题目结构和类型,选用一种最简捷的方法来解题。
参考文献:
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[2] 刘玉琏.数学分析讲义(下册)[M].高等教育出版社,2003,331.
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[12]胡淑荣. 函数及应用[J]. 哈尔滨师范大学学报.2002,18(4):12~15.
不定积分的计算方法:
积分公式法:直接利用积分公式求出不定积分。换元积分法:换元积分法可分为第一类换元法与第二类换元法,第一类换元法通过凑微分,最后依托于某个积分公式。进而求得原不定积分。分部积分法:将所求积分化为两个积分之差,积分容易者先积分。
任何真分式总能分解为部分分式之和。有理函数分为整式(即多项式)和分式(即两个多项式的商),分式分为真分式和假分式,而假分式经过多项式除法可以转化成一个整式和一个真分式的和可见问题转化为计算真分式的积分。
求函数f(x)的不定积分,就是要求出f(x)的所有的原函数,由原函数的性质可知,只要求出函数f(x)的一个原函数,再加上任意的常数C就得到函数f(x)的不定积分。
设函数和u,v具有连续导数,则uv=udv+vdu。移项得到udv=duv-vdu,两边积分,得分部积分公式:∫udv=uv-∫vdu 。称公式1为分部积分公式。如果积分∫vdu易于求出,则左端积分式随之得到
具体回答如图所示:
把函数f(x)的所有原函数F(x)+C(C为任意常数)叫做函数f(x)的不定积分,记作,即∫f(x)dx=F(x)+C.其中∫叫做积分号,f(x)叫做被积函数,x叫做积分变量,f(x)dx叫做被积式,C叫做积分常数,求已知函数不定积分的过程叫做对这个函数进行积分。
注:∫f(x)dx+c1=∫f(x)dx+c2, 不能推出c1=c2
扩展资料:
若f(x)在[a,b]上恒为正,可以将定积分理解为在Oxy坐标平面上,由曲线(x,f(x))、直线x=a、x=b以及x轴围成的面积值(一种确定的实数值)。
不定积分的积分公式主要有如下几类:
含ax+b的积分、含√(a+bx)的积分、含有x^2±α^2的积分、含有ax^2+b(a>0)的积分、含有√(a²+x^2) (a>0)的积分、含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分、含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分、含有三角函数的积分、含有反三角函数的积分、含有指数函数的积分、含有对数函数的积分、含有双曲函数的积分。
参考资料来源:百度百科——积分公式
毕业论文的研究背景包括选题简介、个人想法、选题意义。
毕业论文的研究背景所写内容为:
1、选题简介:所选题目的现今研究的相关情况,如前人研究的成果,所选题目到目前所研究到的状况,先论述行业环境情况,然后引用行业数据报告作支撑。
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