feat: 新增变限积分章节(要点11-15,含Leibniz公式/绝对值处理/奇偶性)
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9a990bf942
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@ -23,6 +23,7 @@ $$
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- [04_积分_换元与分部.md](./04_积分_换元与分部.md) — 换元积分法、分部积分法
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- [04_积分_有理分式.md](./04_积分_有理分式.md) — 有理分式积分
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- [04_积分_反常积分.md](./04_积分_反常积分.md) — 反常积分的定义与比较判别法
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- [04_积分_变限积分.md](./04_积分_变限积分.md) — 变限积分求导、含参变量积分、奇偶性
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### 知识点
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- 定积分的定义
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@ -40,3 +41,8 @@ $$
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- 反常积分的定义与分类(无穷限 + 瑕积分)
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- 反常积分的比较判别法(一般形式与极限形式)
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- 常用反常积分比较基准:$\int \frac{1}{x^p}\,dx$
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- 变限积分求导公式(基本形式 + Leibniz 公式)
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- 含参变量变限积分:先换元分离 $x$,再求导
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- 变限积分中的绝对值处理($\sqrt{x^2}=|x|$)
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- 变限积分与无穷小阶数判定(积分中值定理)
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- 变限积分的奇偶性($f$ 奇 $\Rightarrow$ $F$ 偶,$f$ 偶 $\Rightarrow$ $F$ 奇)
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@ -0,0 +1,178 @@
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## 笔记记录
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### 要点 11 - 变限积分求导公式(基本形式)
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设 $f(t)$ 连续,$a(x), b(x)$ 可导,则:
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\frac{d}{dx} \int_{a(x)}^{b(x)} f(t)\,dt = f\big(b(x)\big)\,b'(x) - f\big(a(x)\big)\,a'(x)
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**特例**:
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| 情况 | 公式 |
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|------|------|
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| 下限为常数 $a$ | $\displaystyle\frac{d}{dx}\int_a^{b(x)} f(t)\,dt = f(b(x))\,b'(x)$ |
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| 上限为常数 $b$ | $\displaystyle\frac{d}{dx}\int_{a(x)}^b f(t)\,dt = -f(a(x))\,a'(x)$ |
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| 上下限均为常数 | $\displaystyle\frac{d}{dx}\int_a^b f(t)\,dt = 0$ |
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**推导思路**:设 $F(x)$ 为 $f(x)$ 的原函数,则:
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\int_{a(x)}^{b(x)} f(t)\,dt = F(b(x)) - F(a(x))
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两边求导即得公式。
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### 要点 12 - 含参变量的变限积分求导(Leibniz 公式)
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当被积函数也含有 $x$ 时,需使用 **Leibniz 公式**:
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\frac{d}{dx}\int_{a(x)}^{b(x)} F(x,t)\,dt
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= F\big(x,b(x)\big)\,b'(x) - F\big(x,a(x)\big)\,a'(x)
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+ \int_{a(x)}^{b(x)} \frac{\partial F(x,t)}{\partial x}\,dt
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**关键策略:先换元,再求导**
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若 $F(x,t) = f(x + g(t))$ 这类形式,直接求导容易漏掉 $\frac{\partial F}{\partial x}$ 项。推荐做法:
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1. 先换元将 $x$ 从被积函数中分离
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2. 使被积函数仅含积分变量,不再含 $x$
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3. 再用基本变限积分求导公式
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**典例**:设 $g(x) = \displaystyle\int_0^{2x} f\!\left(x + \dfrac{t}{2}\right) dt$,求 $g'(x)$。
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**解**:令 $u = x + \dfrac{t}{2}$,则 $dt = 2\,du$,
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t = 0 \Rightarrow u = x,\qquad t = 2x \Rightarrow u = 2x
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g(x) = \int_0^{2x} f\!\left(x + \frac{t}{2}\right) dt
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= \int_x^{2x} f(u) \cdot 2\,du
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= 2\int_x^{2x} f(u)\,du
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此时被积函数不含 $x$,直接用基本公式:
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g'(x) = 2\bigl[ f(2x)\cdot 2 - f(x)\cdot 1 \bigr]
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= 4f(2x) - 2f(x)
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**易错点**:若直接用 Leibniz 公式,容易漏掉第三项 $\int \frac{\partial F}{\partial x} dt$。
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### 要点 13 - 变限积分中的绝对值处理
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当变限积分上限/下限或被积函数中出现 $\sqrt{x^2}$ 等含绝对值表达式时,需分段讨论。
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**核心等式**:$\sqrt{x^2} = |x|$
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**典例**:设 $y(x) = \displaystyle\int_2^{x^2} e^{-\sqrt{t}}\,dt$,求 $y''(-1)$。
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**解**:
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由基本公式:
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y'(x) = e^{-\sqrt{x^2}} \cdot (x^2)' = 2x\,e^{-|x|}
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在 $x = -1$ 的邻域内 $x < 0$,故 $|x| = -x$,$e^{-|x|} = e^x$:
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y'(x) = 2x\,e^x \qquad (x < 0)
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再求导:
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y''(x) = 2e^x + 2x e^x = 2e^x(1 + x)
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代入 $x = -1$:
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y''(-1) = 2e^{-1}(1 - 1) = 0
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**易错点**:直接写 $e^{-\sqrt{x^2}} = e^{-x}$ 而忽略 $|x|$,导致 $y''(-1) = 4e$(错误)。
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### 要点 14 - 变限积分与无穷小阶数的判定
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变限积分常与极限问题结合,判定无穷小阶数时常用技巧:
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**1. 直接使用变限积分求导 + 洛必达法则**
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当 $x \to 0$ 时 $\int_0^x f(t)\,dt \sim f(0)\,x$(若 $f(0) \neq 0$),利用此等价关系快速判定阶数。
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**2. 积分中值定理**
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若 $\xi$ 介于积分上下限之间:
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\int_{a(x)}^{b(x)} f(t)\,dt = f(\xi)\big(b(x) - a(x)\big)
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当 $a(x) \to 0, b(x) \to 0$ 时 $\xi \to 0$,$f(\xi) \to f(0)$($f$ 连续)。
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**典例**:$g(x) = 2\displaystyle\int_x^{2x} f(u)\,du$,判定 $x \to 0^+$ 时 $g(x)$ 与 $\sqrt{x}$ 的阶数关系。
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g(x) = 2f(\xi)(2x - x) = 2x f(\xi), \quad \xi \in [x, 2x]
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\lim_{x\to 0^+} \frac{g(x)}{\sqrt{x}} = \lim_{x\to 0^+} 2\sqrt{x}\,f(\xi) = 0
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故 $g(x)$ 是 $\sqrt{x}$ 的高阶无穷小。
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### 要点 15 - 变限积分的奇偶性
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设 $f(x)$ 为连续函数,利用变量代换判断含参积分的奇偶性。
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**基本结论**:
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| $f(x)$ 的奇偶性 | $F(x) = \displaystyle\int_0^x f(t)\,dt$ 的奇偶性 |
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|:---:|:---:|
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| $f$ 为奇函数 | $F$ 为偶函数 |
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| $f$ 为偶函数 | $F$ 为奇函数(当 $F(0)=0$) |
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**含绝对值的含参积分**:作代换 $t \to -t$ 检验。
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**典例**:$g(x) = \displaystyle\int_{-a}^a |x - t|\,f(t)\,dt$,$f$ 为偶函数,判定 $g(x)$ 的奇偶性。
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\begin{aligned}
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g(-x) &= \int_{-a}^a |-x - t|\,f(t)\,dt \\
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&= \int_{a}^{-a} |-x + u|\,f(-u)\,(-du) \quad (u = -t) \\
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&= \int_{-a}^a |u - x|\,f(u)\,du \quad (f(-u)=f(u)) \\
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&= g(x)
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\end{aligned}
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$$
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故 $g(x)$ 为偶函数。
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### 知识点
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- 变限积分求导基本公式:$\displaystyle\frac{d}{dx}\int_{a(x)}^{b(x)} f(t)dt = f(b(x))b'(x) - f(a(x))a'(x)$
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- Leibniz 公式:被积函数含 $x$ 时须加 $\int \frac{\partial F}{\partial x} dt$ 项
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- 含参变量变限积分的求导策略:先换元分离 $x$,再求导
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- $\sqrt{x^2} = |x|$,分段处理绝对值
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- 变限积分与无穷小阶数判定(洛必达 / 积分中值定理)
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- $\displaystyle\int_0^x f(t)dt \sim f(0)\,x$($x \to 0$,$f$ 连续)
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- 变限积分奇偶性:$f$ 奇 $\Rightarrow$ $F$ 偶;$f$ 偶 $\Rightarrow$ $F$ 奇
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- 变量代换法判断含绝对值含参积分的奇偶性
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@ -29,6 +29,11 @@
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- [要点 08 - 有理分式积分](./04_积分_有理分式.md#要点-08---有理分式积分)
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- [要点 09 - 反常积分的定义与分类](./04_积分_反常积分.md#要点-09---反常积分的定义与分类)
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- [要点 10 - 反常积分的比较判别法](./04_积分_反常积分.md#要点-10---反常积分的比较判别法)
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- [要点 11 - 变限积分求导公式(基本形式)](./04_积分_变限积分.md#要点-11---变限积分求导公式基本形式)
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- [要点 12 - 含参变量的变限积分求导(Leibniz 公式)](./04_积分_变限积分.md#要点-12---含参变量的变限积分求导leibniz-公式)
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- [要点 13 - 变限积分中的绝对值处理](./04_积分_变限积分.md#要点-13---变限积分中的绝对值处理)
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- [要点 14 - 变限积分与无穷小阶数的判定](./04_积分_变限积分.md#要点-14---变限积分与无穷小阶数的判定)
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- [要点 15 - 变限积分的奇偶性](./04_积分_变限积分.md#要点-15---变限积分的奇偶性)
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### [05_微分方程.md](./05_微分方程.md)
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- [要点 01 - 一阶可分离变量方程](./05_微分方程.md#要点-01---一阶可分离变量方程)
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@ -71,10 +76,10 @@
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| 01 极限 | 等价无穷小、泰勒展开 | 1 |
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| 02 导数与微分 | 莱布尼兹公式、隐函数求导、曲率 | 3 |
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| 03 中值定理 | 罗尔/拉格朗日/柯西中值定理、泰勒公式、辅助函数构造 | 6 |
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| 04 积分 | 分式/根号/三角/换元/分部/有理分式/反常积分 | 10(分 5 子章节) |
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| 04 积分 | 分式/根号/三角/换元/分部/有理分式/反常积分/变限积分 | 15(分 6 子章节) |
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| 05 微分方程 | 一阶/高阶方程、常系数、欧拉方程 | 8 |
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| 09 级数 | 数列不动点、正项级数审敛 | 8 |
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| e01 常用公式速查 | 乘/指/对/数列/不等式/韦达定理 | — |
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| e02 三角函数 | 奇变偶不变、和差化积、sec/csc/cot、积分递推 | — |
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**总计:36 个要点(04 积分拆为 5 子章节)+ 2 篇杂项**
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**总计:41 个要点(04 积分拆为 6 子章节)+ 2 篇杂项**
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