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大一上数学公式整理

高等数学上公式汇总#

这学期的高等数学也是通关了,之前记了一些公式就拿出来分享一下吧,给需要补考的同学们提供一些便利

数学成绩

目录#

  1. 不定积分
  2. 等价无穷小
  3. 函数求导
  4. 积分学
  5. 极限与连续
  6. 解微分方程
  7. 泰勒展开式
  8. 微分学

不定积分#

常用不定积分公式#

基本积分表#

  • ∫k dx=kx+C\int k \, dx = kx + C
  • ∫xμ dx=xμ+1μ+1+C\int x^\mu \, dx = \frac{x^{\mu+1}}{\mu+1} + C (μ≠−1\mu \neq -1)
  • ∫1x dx=ln⁡∣x∣+C\int \frac{1}{x} \, dx = \ln|x| + C
  • ∫ax dx=axln⁡a+C\int a^x \, dx = \frac{a^x}{\ln a} + C
  • ∫ex dx=ex+C\int e^x \, dx = e^x + C
  • ∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int \sin x \, dx = -\cos x + C
  • ∫cos⁡x dx=sin⁡x+C\int \cos x \, dx = \sin x + C
  • ∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x \, dx = \tan x + C
  • ∫csc⁡2x dx=−cot⁡x+C\int \csc^2 x \, dx = -\cot x + C
  • ∫sec⁡xtan⁡x dx=sec⁡x+C\int \sec x \tan x \, dx = \sec x + C
  • ∫csc⁡xcot⁡x dx=−csc⁡x+C\int \csc x \cot x \, dx = -\csc x + C
  • ∫11−x2 dx=arcsin⁡x+C\int \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} \, dx = \arcsin x + C
  • ∫11+x2 dx=arctan⁡x+C\int \frac{1}{1+x^2} \, dx = \arctan x + C
  • ∫tan⁡x dx=−ln⁡∣cos⁡x∣+C\int \tan x \, dx = -\ln|\cos x| + C
  • ∫cot⁡x dx=ln⁡∣sin⁡x∣+C\int \cot x \, dx = \ln|\sin x| + C

重要补充公式#

  • ∫1a2+x2 dx=1aarctan⁡xa+C\int \frac{1}{a^2+x^2} \, dx = \frac{1}{a} \arctan \frac{x}{a} + C
  • ∫1a2−x2 dx=arcsin⁡xa+C\int \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}} \, dx = \arcsin \frac{x}{a} + C
  • ∫1x2−a2 dx=12aln⁡∣x−ax+a∣+C\int \frac{1}{x^2-a^2} \, dx = \frac{1}{2a} \ln \left| \frac{x-a}{x+a} \right| + C
  • ∫1x2±a2 dx=ln⁡∣x+x2±a2∣+C\int \frac{1}{\sqrt{x^2 \pm a^2}} \, dx = \ln |x + \sqrt{x^2 \pm a^2}| + C

等价无穷小#

常用等价无穷小 (当 x→0x \to 0 时)#

  • sin⁡x∼x\sin x \sim x
  • tan⁡x∼x\tan x \sim x
  • arcsin⁡x∼x\arcsin x \sim x
  • arctan⁡x∼x\arctan x \sim x
  • 1−cos⁡x∼12x21 - \cos x \sim \frac{1}{2}x^2
  • ex−1∼xe^x - 1 \sim x
  • ln⁡(1+x)∼x\ln(1+x) \sim x
  • (1+x)α−1∼αx(1+x)^\alpha - 1 \sim \alpha x
  • ax−1∼xln⁡aa^x - 1 \sim x \ln a
  • 1+xn−1∼xn\sqrt[n]{1+x} - 1 \sim \frac{x}{n}
  • x−sin⁡x∼16x3x - \sin x \sim \frac{1}{6}x^3
  • tan⁡x−x∼13x3\tan x - x \sim \frac{1}{3}x^3
  • x−ln⁡(1+x)∼12x2x - \ln(1+x) \sim \frac{1}{2}x^2

函数求导#

常用函数求导公式#

基本初等函数导数#

  • (C)′=0(C)' = 0
  • (xμ)′=μxμ−1(x^\mu)' = \mu x^{\mu-1}
  • (ax)′=axln⁡a(a^x)' = a^x \ln a
  • (ex)′=ex(e^x)' = e^x
  • (log⁡ax)′=1xln⁡a(\log_a x)' = \frac{1}{x \ln a}
  • (ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \frac{1}{x}
  • (sin⁡x)′=cos⁡x(\sin x)' = \cos x
  • (cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x
  • (tan⁡x)′=sec⁡2x(\tan x)' = \sec^2 x
  • (cot⁡x)′=−csc⁡2x(\cot x)' = -\csc^2 x
  • (sec⁡x)′=sec⁡xtan⁡x(\sec x)' = \sec x \tan x
  • (csc⁡x)′=−csc⁡xcot⁡x(\csc x)' = -\csc x \cot x
  • (arcsin⁡x)′=11−x2(\arcsin x)' = \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
  • (arccos⁡x)′=−11−x2(\arccos x)' = -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}
  • (arctan⁡x)′=11+x2(\arctan x)' = \frac{1}{1+x^2}
  • (arccot x)′=−11+x2(\text{arccot } x)' = -\frac{1}{1+x^2}

求导法则#

  • (u±v)′=u′±v′(u \pm v)' = u' \pm v'
  • (uv)′=u′v+uv′(uv)' = u'v + uv'
  • (uv)′=u′v−uv′v2\left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2}
  • [f(g(x))]′=f′(g(x))⋅g′(x)[f(g(x))]' = f'(g(x)) \cdot g'(x)

积分学#

积分学重要补充公式#

定积分基本公式与性质#

  • ∫abf(x)dx=F(b)−F(a)\int_a^b f(x) dx = F(b) - F(a)
  • ∫ab[kf(x)±lg(x)]dx=k∫abf(x)dx±l∫abg(x)dx\int_a^b [kf(x) \pm lg(x)] dx = k\int_a^b f(x) dx \pm l\int_a^b g(x) dx
  • ∫abf(x)dx=∫acf(x)dx+∫cbf(x)dx\int_a^b f(x) dx = \int_a^c f(x) dx + \int_c^b f(x) dx

定积分计算技巧#

  • ∫abf(x)dx=∫αβf[φ(t)]φ′(t)dt\int_a^b f(x) dx = \int_\alpha^\beta f[\varphi(t)] \varphi'(t) dt
  • ∫abudv=[uv]ab−∫abvdu\int_a^b u dv = [uv]_a^b - \int_a^b v du
  • 若 f(x)f(x) 偶函数,则 ∫−aaf(x)dx=2∫0af(x)dx\int_{-a}^a f(x) dx = 2\int_0^a f(x) dx
  • 若 f(x)f(x) 奇函数,则 ∫−aaf(x)dx=0\int_{-a}^a f(x) dx = 0

常用定积分公式#

  • ∫0π/2sin⁡nxdx=∫0π/2cos⁡nxdx={(n−1)!!n!!⋅π2n为偶数(n−1)!!n!!n为奇数\int_0^{\pi/2} \sin^n x dx = \int_0^{\pi/2} \cos^n x dx = \begin{cases} \frac{(n-1)!!}{n!!} \cdot \frac{\pi}{2} & n\text{为偶数}\\ \frac{(n-1)!!}{n!!} & n\text{为奇数} \end{cases}
  • ∫0+∞e−x2dx=π2\int_0^{+\infty} e^{-x^2} dx = \frac{\sqrt{\pi}}{2}
  • ∫0πxf(sin⁡x)dx=π2∫0πf(sin⁡x)dx\int_0^\pi x f(\sin x) dx = \frac{\pi}{2} \int_0^\pi f(\sin x) dx

反常积分#

  • ∫a+∞f(x)dx=lim⁡t→+∞∫atf(x)dx\int_a^{+\infty} f(x) dx = \lim\limits_{t \to +\infty} \int_a^t f(x) dx
  • ∫−∞bf(x)dx=lim⁡t→−∞∫tbf(x)dx\int_{-\infty}^b f(x) dx = \lim\limits_{t \to -\infty} \int_t^b f(x) dx
  • ∫abf(x)dx=lim⁡t→a+∫tbf(x)dx\int_a^b f(x) dx = \lim\limits_{t \to a^+} \int_t^b f(x) dx

积分应用公式#

  • 直角坐标面积:S=∫ab∣f(x)−g(x)∣dxS = \int_a^b |f(x) - g(x)| dx
  • 极坐标面积:S=12∫αβr2(θ)dθS = \frac{1}{2} \int_\alpha^\beta r^2(\theta) d\theta
  • 绕x轴旋转体体积:V=π∫ab[f(x)]2dxV = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx
  • 绕y轴旋转体体积(柱壳法):V=2π∫abx∣f(x)∣dxV = 2\pi \int_a^b x |f(x)| dx
  • 直角坐标弧长:L=∫ab1+[f′(x)]2dxL = \int_a^b \sqrt{1 + [f'(x)]^2} dx
  • 参数方程弧长:L=∫αβ[x′(t)]2+[y′(t)]2dtL = \int_\alpha^\beta \sqrt{[x'(t)]^2 + [y'(t)]^2} dt
  • 极坐标弧长:L=∫αβr2(θ)+[r′(θ)]2dθL = \int_\alpha^\beta \sqrt{r^2(\theta) + [r'(\theta)]^2} d\theta

极限与连续#

极限与连续的重要公式#

两个重要极限#

  1. lim⁡x→0sin⁡xx=1\lim\limits_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1
  2. lim⁡x→∞(1+1x)x=e\lim\limits_{x \to \infty} \left(1 + \frac{1}{x}\right)^x = e

连续性相关#

  • 零点定理:若 f(x)f(x) 在 [a,b][a,b] 上连续,且 f(a)⋅f(b)<0f(a) \cdot f(b) < 0,则存在 ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使 f(ξ)=0f(\xi) = 0
  • 介值定理:若 f(x)f(x) 在 [a,b][a,b] 上连续,则对于任意 C∈[m,M]C \in [m, M],存在 ξ∈[a,b]\xi \in [a,b],使 f(ξ)=Cf(\xi) = C

解微分方程#

微分方程的基本概念与一阶微分方程#

一阶微分方程的基本类型#

  1. 可分离变量方程:dydx=f(x)g(y)\frac{dy}{dx} = f(x)g(y)
  2. 齐次方程:dydx=f(yx)\frac{dy}{dx} = f\left(\frac{y}{x}\right)
  3. 一阶线性微分方程:dydx+P(x)y=Q(x)\frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x) 通解公式:y=e−∫P(x)dx[∫Q(x)e∫P(x)dxdx+C]y = e^{-\int P(x)dx} \left[ \int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx + C \right]
  4. 伯努利方程:dydx+P(x)y=Q(x)yn(n≠0,1)\frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x)y^n \quad (n \neq 0,1)

可降阶的高阶微分方程#

  • y(n)=f(x)y^{(n)} = f(x)
  • y′′=f(x,y′)y'' = f(x, y')
  • y′′=f(y,y′)y'' = f(y, y')

高阶线性微分方程#

二阶常系数齐次线性方程#

形式:y′′+py′+qy=0y'' + py' + qy = 0 特征方程:r2+pr+q=0r^2 + pr + q = 0 通解:

  1. 两个不等实根 r1,r2r_1, r_2:y=C1er1x+C2er2xy = C_1e^{r_1x} + C_2e^{r_2x}
  2. 两个相等实根 r1=r2r_1 = r_2:y=(C1+C2x)er1xy = (C_1 + C_2x)e^{r_1x}
  3. 共轭复根 r=α±iβr = \alpha \pm i\beta:y=eαx(C1cos⁡βx+C2sin⁡βx)y = e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x + C_2\sin\beta x)

泰勒展开式#

常用函数的麦克劳林展开式(到 nn 阶)#

指数函数#

ex=1+x+x22!+x33!+⋯+xnn!+o(xn)e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots + \frac{x^n}{n!} + o(x^n)

三角函数#

正弦函数: sin⁡x=x−x33!+x55!−⋯+(−1)nx2n+1(2n+1)!+o(x2n+2)\sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \frac{x^5}{5!} - \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{(2n+1)!} + o(x^{2n+2})

余弦函数: cos⁡x=1−x22!+x44!−⋯+(−1)nx2n(2n)!+o(x2n+1)\cos x = 1 - \frac{x^2}{2!} + \frac{x^4}{4!} - \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n}}{(2n)!} + o(x^{2n+1})

对数函数#

ln⁡(1+x)=x−x22+x33−⋯+(−1)n−1xnn+o(xn)\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} - \cdots + (-1)^{n-1} \frac{x^n}{n} + o(x^n)

二项式展开#

(1+x)α=1+αx+α(α−1)2!x2+⋯+α(α−1)⋯(α−n+1)n!xn+o(xn)(1+x)^\alpha = 1 + \alpha x + \frac{\alpha(\alpha-1)}{2!}x^2 + \cdots + \frac{\alpha(\alpha-1)\cdots(\alpha-n+1)}{n!}x^n + o(x^n)

几何级数#

11−x=1+x+x2+x3+⋯+xn+o(xn)\frac{1}{1-x} = 1 + x + x^2 + x^3 + \cdots + x^n + o(x^n)

其他重要展开#

反正切函数: arctan⁡x=x−x33+x55−⋯+(−1)nx2n+12n+1+o(x2n+2)\arctan x = x - \frac{x^3}{3} + \frac{x^5}{5} - \cdots + (-1)^n \frac{x^{2n+1}}{2n+1} + o(x^{2n+2})

反正弦函数: arcsin⁡x=x+16x3+340x5+⋯+o(x2n+1)\arcsin x = x + \frac{1}{6}x^3 + \frac{3}{40}x^5 + \cdots + o(x^{2n+1})


微分学#

微分学重要补充公式#

微分公式与法则#

  • dy=f′(x)dxdy = f'(x)dx
  • d(C)=0d(C) = 0
  • d(xμ)=μxμ−1dxd(x^\mu) = \mu x^{\mu-1} dx
  • d(sin⁡x)=cos⁡xdxd(\sin x) = \cos x dx
  • d(cos⁡x)=−sin⁡xdxd(\cos x) = -\sin x dx
  • d(ex)=exdxd(e^x) = e^x dx
  • d(ln⁡x)=1xdxd(\ln x) = \frac{1}{x} dx

高阶导数公式#

  • (xn)(n)=n!(x^n)^{(n)} = n!
  • (sin⁡x)(n)=sin⁡(x+nπ2)(\sin x)^{(n)} = \sin\left(x + \frac{n\pi}{2}\right)
  • (cos⁡x)(n)=cos⁡(x+nπ2)(\cos x)^{(n)} = \cos\left(x + \frac{n\pi}{2}\right)
  • (ex)(n)=ex(e^x)^{(n)} = e^x
  • (ln⁡x)(n)=(−1)n−1(n−1)!xn(\ln x)^{(n)} = (-1)^{n-1} \frac{(n-1)!}{x^n}
  • 莱布尼茨公式:(uv)(n)=∑k=0nCnku(n−k)v(k)(uv)^{(n)} = \sum\limits_{k=0}^{n} C_n^k u^{(n-k)} v^{(k)}

微分中值定理#

  • 罗尔定理:若 f(x)f(x) 在 [a,b][a,b] 连续,(a,b)(a,b) 可导,且 f(a)=f(b)f(a) = f(b),则存在 ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使 f′(ξ)=0f'(\xi) = 0
  • 拉格朗日中值定理:若 f(x)f(x) 在 [a,b][a,b] 连续,(a,b)(a,b) 可导,则存在 ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使 f(b)−f(a)=f′(ξ)(b−a)f(b) - f(a) = f'(\xi)(b-a)
  • 柯西中值定理:若 f(x),g(x)f(x), g(x) 在 [a,b][a,b] 连续,(a,b)(a,b) 可导,且 g′(x)≠0g'(x) \neq 0,则存在 ξ∈(a,b)\xi \in (a,b),使 f(b)−f(a)g(b)−g(a)=f′(ξ)g′(ξ)\frac{f(b)-f(a)}{g(b)-g(a)} = \frac{f'(\xi)}{g'(\xi)}

函数单调性与凹凸性#

  • 单调性判别:若 f′(x)>0f'(x) > 0,则 f(x)f(x) 单调递增;若 f′(x)<0f'(x) < 0,则 f(x)f(x) 单调递减
  • 凹凸性判别:若 f′′(x)>0f''(x) > 0,则 f(x)f(x) 凹;若 f′′(x)<0f''(x) < 0,则 f(x)f(x) 凸
大一上数学公式整理
https://fairycrane.website/posts/math_guide/
作者
仙鹤
发布于
2026-01-20
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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