本書(shū)根據(jù)高等院校理工類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)高等數(shù)學(xué)課程的教學(xué)大綱及考研大綱編寫(xiě)而成,并在第四版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂和完善。引入了大量的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),可以通過(guò)掃描對(duì)應(yīng)二維碼即時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作。本書(shū)共分上下兩冊(cè),本冊(cè)包括空間解析幾何與向量代數(shù)、多元微分學(xué)、多元積分學(xué)、無(wú)窮級(jí)數(shù)等知識(shí)。
大學(xué)數(shù)學(xué)是自然科學(xué)的基本語(yǔ)言,是應(yīng)用模式探索現(xiàn)實(shí)世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)機(jī)理的主要手段.對(duì)于大學(xué)非數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言,大學(xué)數(shù)學(xué)的教育,其意義則遠(yuǎn)不僅僅是學(xué)習(xí)一種專(zhuān)業(yè)的工具而己,中外大量的教育實(shí)踐事實(shí)充分顯示了:優(yōu)秀的數(shù)學(xué)教育,乃是一種人的理性的思維品格和思辨能力的培育,是聰明智慧的啟迪,是潛在的能動(dòng)性與創(chuàng)造力的開(kāi)發(fā),其價(jià)值是遠(yuǎn)非一般的專(zhuān)業(yè)技術(shù)教育所能相提并論的。
隨著我國(guó)高等教育自1999年開(kāi)始迅速擴(kuò)大招生規(guī)模,至2009年的短短十年間,我國(guó)高等教育實(shí)現(xiàn)了從精英教育到大眾化教育的過(guò)渡,走完了其他國(guó)家需要三五十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能走完的道路,教育規(guī)模的迅速擴(kuò)張,給我國(guó)的高等教育帶來(lái)了一系列的變化、問(wèn)題與挑戰(zhàn),大學(xué)數(shù)學(xué)的教育問(wèn)題首當(dāng)其沖受到影響.大學(xué)數(shù)學(xué)教育過(guò)去是面向少數(shù)精英的教育,由于學(xué)科的特點(diǎn),數(shù)學(xué)教育呈現(xiàn)幾十年甚至上百年一貫制,仍處于經(jīng)典狀態(tài),當(dāng)前大學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)效果不盡如人意,概括起來(lái)主要表現(xiàn)在以下兩方面:一是教材建設(shè)仍然停留在傳統(tǒng)模式上,未能適應(yīng)新的社會(huì)需求.傳統(tǒng)的大學(xué)數(shù)學(xué)教材過(guò)分追求邏輯的嚴(yán)密性和理論體系的完整性,重理論而輕實(shí)踐,剝離了概念、原理和范例的幾何背景與現(xiàn)實(shí)意義,導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容過(guò)于抽象,也不利于與后續(xù)課程教學(xué)的銜接,進(jìn)而造成了學(xué)生“學(xué)不會(huì),用不了”的尷尬局面.二是在信息技術(shù)及其終端產(chǎn)品迅猛發(fā)展的今天,在大學(xué)數(shù)學(xué)教育領(lǐng)域,信息技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有在其他領(lǐng)域活躍,其主要原因是:在教材和教學(xué)建設(shè)中沒(méi)能把信息技術(shù)及其終端產(chǎn)品與大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的內(nèi)容特點(diǎn)有效地整合起來(lái)。
作者主編的“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”,最初脫胎于作者在2000-2004年研發(fā)的“大學(xué)數(shù)學(xué)多媒體教學(xué)系統(tǒng)”.2006年,作者與中國(guó)人民大學(xué)出版社達(dá)成合作,出版了該系列教材的第一版,合作期間,該系列教材經(jīng)歷多次改版,并于2011年出版了第四版,具體包括:面向普通本科理工類(lèi)、經(jīng)管類(lèi)與純文科類(lèi)的完整版系列教材;面向普通本科部分專(zhuān)業(yè)和三本院校理工類(lèi)與經(jīng)管類(lèi)的簡(jiǎn)明版系列教材;面向高職高專(zhuān)院校理工類(lèi)與經(jīng)管類(lèi)的高職高專(zhuān)版系列教材.在上述第四版及相關(guān)系列教材中,作者加強(qiáng)了對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中重要概念的引入、重要數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用、典型數(shù)學(xué)模型的建立、著名數(shù)學(xué)家及其貢獻(xiàn)等方面的介紹,豐富了教材內(nèi)涵,初步形成了該系列教材的特色.令人感到欣慰的是,自2006年以來(lái),“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”已先后被國(guó)內(nèi)數(shù)百所高等院校廣泛采用,并對(duì)大學(xué)數(shù)學(xué)的教育改革起到了積極的推動(dòng)作用。2017年,距2011年的改版又過(guò)去了6年.而在這6年時(shí)間里,隨著移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)(如3G、4G等)、寬帶無(wú)線接入技術(shù)(如Wi-Fi等)和移動(dòng)終端設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦等)的飛速發(fā)展,那些以往必須在電腦上安裝運(yùn)行的計(jì)算軟件,如今在普通的智能手機(jī)和平板電腦上通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入即可流暢運(yùn)行,這為各類(lèi)教育信息化產(chǎn)品的服務(wù)向前延伸奠定了基礎(chǔ)。
作者本次啟動(dòng)的“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”(第五版)的改版工作,旨在充分利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端設(shè)備與相關(guān)信息技術(shù)軟件為教材用戶提供更優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)案例與交互環(huán)境.順利實(shí)現(xiàn)這一宗旨,還得益于作者主持的數(shù)苑團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)工作成果:公式圖形可視化在線編輯計(jì)算軟件,該軟件于2010年研發(fā)成功時(shí),僅支持在Win系統(tǒng)電腦中通過(guò)IE類(lèi)瀏覽器運(yùn)行.2014年10月底,萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)組織正式發(fā)布并推薦了跨系統(tǒng)與跨瀏覽器的HTML5.0標(biāo)準(zhǔn).為此,數(shù)苑團(tuán)隊(duì)通過(guò)最近幾年的努力,也實(shí)現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)突破,如今,數(shù)苑團(tuán)隊(duì)研發(fā)的公式圖形可視化在線編輯計(jì)算軟件已支持在各類(lèi)操作系統(tǒng)的電腦和移動(dòng)終端(包括智能手機(jī)、平板電腦等)上運(yùn)行于不同的瀏覽器中,這為我們接下來(lái)的教材改版工作奠定了基礎(chǔ)。
作者本次“大學(xué)數(shù)學(xué)立體化教材”(第五版)的改版具體包括:面向普通本科院校的“理工類(lèi)·第五版”“經(jīng)管類(lèi)·第五版”與“純文科類(lèi)·第四版”;面向普通本科少學(xué)時(shí)或三本院校的“理工類(lèi)·簡(jiǎn)明版·第五版”“經(jīng)管類(lèi)·簡(jiǎn)明版·第五版”與“綜合類(lèi)·簡(jiǎn)明版”合訂本;面向高職高專(zhuān)院校的“理工類(lèi)·高職高專(zhuān)版·第四版”“經(jīng)管類(lèi)·高職高專(zhuān)版·第四版”與“綜合類(lèi)·高職高專(zhuān)版·第三版”。
本次改版的指導(dǎo)思想是:為幫助教材用戶更好地理解教材中的重要概念、定理、方法及其應(yīng)用,設(shè)計(jì)了大量相應(yīng)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)、函數(shù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)、符號(hào)計(jì)算實(shí)驗(yàn)、2D函數(shù)圖形實(shí)驗(yàn)、3D函數(shù)圖形實(shí)驗(yàn)、矩陣運(yùn)算實(shí)驗(yàn)、隨機(jī)數(shù)生成實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分布實(shí)驗(yàn)、線性回歸實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)建模實(shí)驗(yàn)等.相比教材正文所舉示例,這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度更高、數(shù)據(jù)規(guī)模更大、實(shí)用意義也更大.本系列教材于2017年改版修訂的各個(gè)版本均包含了針對(duì)相應(yīng)課程內(nèi)容的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),其中的大部分都在教材內(nèi)容頁(yè)面上提供了對(duì)應(yīng)的二維碼,用戶通過(guò)微信掃碼功能掃描指定的二維碼,即可進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),而完整的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則呈現(xiàn)在教材配套的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中。
大學(xué)數(shù)學(xué)按課程模塊分為高等數(shù)學(xué)(微積分)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)三大模塊,各課程的改版情況簡(jiǎn)介如下:
高等數(shù)學(xué)課程:函數(shù)是高等數(shù)學(xué)的主要研究對(duì)象,函數(shù)的表示法包括解析法、圖像法與表格法.以往受計(jì)算分析工具的限制,人們對(duì)函數(shù)的解析表示、圖像表示與數(shù)表表示之間的關(guān)系往往難以把握,大大影響了學(xué)習(xí)者對(duì)函數(shù)概念的理解.為了彌補(bǔ)這方面的缺失,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)數(shù)學(xué)教材一般都補(bǔ)充了大量流程分析式的圖像說(shuō)明,因而其教材的厚度與內(nèi)涵也遠(yuǎn)較國(guó)內(nèi)的厚重.有鑒于此,在高等數(shù)學(xué)課程的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中,我們首先就函數(shù)計(jì)算與函數(shù)圖形計(jì)算方面設(shè)計(jì)了一系列的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),包括函數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)、不同坐標(biāo)系下2D函數(shù)的圖形計(jì)算實(shí)驗(yàn)和3D函數(shù)的圖形計(jì)算實(shí)驗(yàn)等,實(shí)驗(yàn)中的函數(shù)模型較教材正文中的示例更復(fù)雜,但借助微信掃碼功能可即時(shí)實(shí)現(xiàn)重復(fù)實(shí)驗(yàn)與修改實(shí)驗(yàn).其次,針對(duì)定積分、重積分與級(jí)數(shù)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了一系列求
吳贛昌,中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家,數(shù)苑網(wǎng)創(chuàng)始人,廣東財(cái)經(jīng)大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院教授。
第8章 空間解析幾何與向量代數(shù)
8.1 向量及其線性運(yùn)算
8.2 空間直角坐標(biāo)系向量的坐標(biāo)
8.3 數(shù)量積向量積*混合積
8.4 曲面及其方程
8.5 空間曲線及其方程
8.6 平面及其方程
8.7 空間直線及其方程
8.8 二次曲面
總習(xí)題八
數(shù)學(xué)家簡(jiǎn)介〔6〕
第9章 多元函數(shù)微分學(xué)
9.1 多元函數(shù)的基本概念
9.2 偏導(dǎo)數(shù)
9.3 全微分及其應(yīng)用
9.4 復(fù)合函數(shù)微分法
9.5 隱函數(shù)微分法。
9.6 微分法在幾何上的應(yīng)用
9.7 方向?qū)?shù)與梯度
9.8 多元函數(shù)的極值
總習(xí)題九
數(shù)學(xué)家簡(jiǎn)介〔7〕
第10章 重積分
10.1 二重積分的概念與性質(zhì)
10.2 二重積分的計(jì)算(一)
10.3 二重積分的計(jì)算(二)
10.4 三重積分(一)
10.5 三重積分(二)
總習(xí)題十
第11章 曲線積分與曲面積分
11.1 第一類(lèi)曲線積分
11.2 第二類(lèi)曲線積分-
11.3 格林公式及其應(yīng)用
11.4 第一類(lèi)曲面積分
11.5 第二類(lèi)曲面積分
11.6 高斯公式通量與散度
11.7 斯托克斯公式環(huán)流量與旋度
11.8 點(diǎn)函數(shù)積分的概念
總習(xí)題十一
數(shù)學(xué)家簡(jiǎn)介〔8〕
第12章 無(wú)窮級(jí)數(shù)
12.1 常數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的概念和性質(zhì)
12.2 正項(xiàng)級(jí)數(shù)的判別法
12.3 一般常數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)
12.4 冪級(jí)數(shù)
12.5 函數(shù)展開(kāi)成冪級(jí)數(shù)
12.6 冪級(jí)數(shù)的應(yīng)用
12.7 函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的一致收斂性
12.8 傅里葉級(jí)數(shù)
12.9 一般周期函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)
總習(xí)題十二
附錄 常用曲面
習(xí)題答案
第8章 答案
第9章 答案
第10章 答案
第11章 答案
第12章 答案