数学基础差而又想提高怎么办?(2) |
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更新时间:2004-9-26 |
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2、函数的概念
如果集合a中的每一个元素,按照某种对应关系,在集合b中都有唯一的对应元素,那么这种对应关系被称为a到b的函数。例如y=2x,y=x^2都建立了{全体实数}到{全体实数}的函数关系,如果用f代表对应关系,则函数表述为:f(x)=2x, f(x)=x^2。如果a中的某些元素,不能对应b中唯一的元素,则不存在函数关系。比如{所有小偷}与{所有失主},因为某些小偷偷过很多不同失主的东西。
函数的定义域和值域。mba数学只考虑实数。所有能使函数有意义的实数的集合,构成函数的定义域,即上面的集合a。f(x)=x^(1/2)定义域为{x/ x>=0},f(x)=1/x定义域为{x/ x<>=0},f(x)=ln(x)定义域为{x/ x>0}。如果函数中同时包括几类简单函数,则定义域是各类函数定义域的交集。定义域按照对应关系,能对应的所有实数的集合,构成函数的值域。定义域、对应关系、值域,三者构成一个函数。
定义域中的每一个元素,与其在值域中对应的元素,组成一个数对,由二维坐标系中的一个点来表示。所有这样的点形成了函数的图象。图象能直观地表现函数的对应关系,大家应该熟悉幂函数、指数函数、对数函数的基本图象。要求高的同学可以进一步掌握图象的平移、反射、旋转。
奇函数和偶函数的定义不说了,要注意的是奇函数和偶函数的定义域必须关于原点对称。f(x)=x,x为任意实数是奇函数,如果限定x属于[-3,5],那函数就不是奇函数了。
反函数。如果集合a中的每一个元素,按照某种对应关系,在集合b中都有唯一的对应元素;而b中的每一个元素,在a中都有唯一的元素与之对应。则a到b的对应关系是可逆的,a到b的对应关系是原函数,b到a的对应关系是反函数。对于连续的函数来说,只有绝对增函数或绝对减函数,才存在反函数,否则a中必有两个元素,在b中对应同一元素。对于不连续的函数则没有上述限制。
复合函数。集合a中的元素,按一种函数对应到集合b,b中的相应元素,再按另一种函数对应到集合c,最后形成集合a到集合c的对应关系,称为复合函数。
3、数列的概念
数列是一种特殊的函数,其定义域为全体或部分自然数。数列的通项公式a(n)就是一个函数,求出通项公式,等于求出了数列的任一项。数列的前n项和s(n)(n=1,2,。。。)构成了一个新的数列,知道s(n)的公式,通过a(1)=s(1),a(n)=s(n)-s(n-1)就能求出原数列的通项公式。
mba数学主要考察等差数列和等比数列。有些数列不是等差数列或等比数列,但经过改造后可构造出等差数列或等比数列,如a(1)=1,a(n+1)=2a(n)+1。这个数列的每一项都加上1,就成为等比数列了,通项公式为2^n,因此原数列通项公式为:a(n)=2^n-1
其他常见的数列包括a(n)=n^3, a(n)=n!/(n-k)!,a(n)=1/[n(n-1)]等,都有相应的办法能处理。
4、极限、连续、导数、积分的概念
极限的概念是整个微积分的基础,需要深刻地理解,由极限的概念才能引出连续、导数、积分等概念。极限的概念首先是从数列的极限引出的。对于任意小的正数e,如果存在自然数m,使所有n》m时,|a(n)-a|都小于e,则数列的极限为a。极限不是相等,而是无限接近。而函数的极限是指在x0的一个临域内(不包含x0这一点),如果对于任意小的正数e,都存在正数q,使所有(x0-q,x0+q)内的点,都满足|f(x)-a|《e,则f(x)在x0点的极限为a。很多求极限的题目都可以用极限的定义直接求出。
例如f(x)=(x^2-3x+2)/(x-2), x=2不在函数定义域内,但对于任何x不等于2,f(x)=x-1,因此在x无限接近2,但不等于2时,f(x)无限接近1,因此f(x)在2处的极限为1。
连续的概念。如果函数在x0的极限存在,函数在x0有定义,而且极限值等于函数值,则称f(x)在x0点连续。以上的三个条件缺一不可。
在上例中,f(x)在x=2时极限存在,但在x=2这一点没有定义,所以函数在x=2不连续;
如果我们定义f(2)=1,补上“缺口”,则函数在x=2变成连续的;
如果我们定义f(2)=3,虽然函数在x=2时,极限值和函数值都存在,但不相等,那么函数在x=2还是不连续。
由连续又引出了左极限、右极限和左连续、右连续的概念。函数值等于左极限为左连续,函数值等于右极限为右连续。如果函数在x0点左右极限都存在,且都等于函数值,则函数在x=x0时连续。这个定义是解决分段函数连续问题的最重要的、几乎是唯一的方法。
如果函数在某个区间内每一点都连续,在区间的左右端点分别左右连续(对闭区间而言),则称函数在这个区间上连续。
导数的概念。导数是函数的变化率,直观地看是指切线的斜率。略有不同的是,切线可以平行于y轴,此时斜率为无穷大,因此导数不存在,但切线存在。
导数的求法也是一个极限的求法。对于x=x0,在x0附近另找一点x1,求x0与x1连线的斜率。当x1无限*近x0,但不与x0重合时,这两点连线的斜率,就是f(x)在x=x0处的导数。关于导数的题目多数可用导数的定义直接解决。教科书中给出了所有基本函数的导数公式,如果自己能用导数的定义都推导一遍,理解和记忆会更深刻。其中对数的导数公式推导中用到了重要极限:limx-->0 (1+x)^(1/x)=e。
导数同样分为左导数和右导数。导数存在的条件是:f(x)在x=x0连续,左右导数存在且相等。这个定义是解决分段函数可导问题的最重要的、几乎是唯一的方法。
如果函数在某个区间内每一点都可导,在区间的左右端点分别左右导数存在(对闭区间而言),则称函数在这个区间上可导。
复合函数的导数,例如f[u(x)],是集合a中的自变量x,产生微小变化dx,引起集合b中对应数u的微小变化du,u的变化又引起集合c中的对应数f(u)的变化,则复合函数的导函数f’[u(x)]=df(u)/dx=df(u)/du * du/dx=f’(u)*u‘(x)
导数在生活中的例子最常见的是距离与时间的关系。物体在极其微小的时间内,移动了极其微小的距离,二者的比值就是物体在这一刻的速度。对于自由落体运动,下落距离s=1/2gt^2,则物体在时间t0的速度为v(t0)=[s(t0+a)-s(t0)]/a, 当a趋近于0时的值,等于gt0; 而速度随时间的增加而增加,变化的比率g称为加速度。加速度是距离对时间的二阶导数。
从直观上看,可导意味着光滑的、没有尖角,因为在尖角处左右导数不相等。有笑话说一位教授对学生抱怨道:“这饭馆让人怎么吃饭?你看这碗口,处处不可导!”
积分的概念。从面积上理解,积分就是积少成多,把无限个面积趋近于0的线条,累积在一起,就成为大于0的面积。我们可以把一块图形分割为狭长的长方形(长方形的高度都取函数在左端或右端的函数值),分别计算各个长方形的面积再加总,可近似地得出图形的面积。当我们把长方形的宽度设定得越来越窄,计算结果就越来越精确,与图形实际面积的差距越来越小。如果函数的积分存在,则长方形宽度趋近于0时,求出的长方形面积总和的极限存在,且等于图形的实际面积。这里又是一个极限的概念。
如果函数存在不连续的点,但在该点左右极限都存在,函数仍是可积的。只要间断点的个数是有限的,则它们代表的线条面积总和为0,不影响计算结果。
在广义积分中,允许函数在无限区间内积分,或某些点的函数值趋向无穷大,只要积分的极限存在,函数都是可积的。
严格地说,我们只会计算长方形的面积。从我们介绍的积分的求法看,我们实际上是把求面积化为了数列求和的问题,即求数列的前n项和s(n),在n趋近于无穷大时的极限。很多时候,求积分和求无限数列的和是可以相互转换的。当我们深刻地理解了积分的定义和熟练地掌握了积分公式之后,我们同样可用它来解决相当棘手的数列求和问题。
例如:求lim nà正无穷大时,1/n*[1+1/(1+1/n)+1/(1+2/n)+。。。+1/(1+(n-1)/n)+1/2]的值。
看似无从下手,可当我们把它转化为一连串的小长方形的面积之后,不禁会恍然大悟:这不是f(x)=1/x在[1,2]上的积分吗?从而轻松得出结果为ln2。
除了基本的积分公式外,换元法和分步法是常用的积分方法。换元积分法的实质是把原函数化为形式简单的复合函数;分步积分法的要领是:在∫udv=uv-∫vdu中,函数u微分后应该变简单(比如次数降低),而函数v积分后不会变得更复杂。
5、排列、组合、概率的概念
排列、组合、概率都与集合密切相关。排列和组合都是求集合元素的个数,概率是求子集元素个数与全集元素个数的比值。
以最常见的全排列为例,用s(a)表示集合a的元素个数。用1、2、3、4、5、6、7、8、9组成数字不重复的九位数,则每一个九位数都是集合a的一个元素,集合a中共有9!个元素,即s(a)=9!
如果集合a可以分为若干个不相交的子集,则a的元素等于各子集元素之和。把a分成各子集,可以把复杂的问题化为若干简单的问题分别解决,但我们要详细分析各子集之间是否确无公共元素,否则会重复计算。
集合的对应关系
两个集合之间存在对应关系(以前学的函数的概念就是集合的对应关系)。如果集合a与集合b存在一一对应的关系,则s(a)=s(b)。如果集合b中每个元素对应集合a中n个元素,则集合a的元素个数是b的n倍(严格的定义是把集合a分为若干个子集,各子集没有共同元素,且每个子集元素个数为n,这时子集成为集合a的元素,而b的元素与a的子集有一一对应的关系,则s(a)=s(b)*n
例如:从1、2、3、4、5、6、7、8、9中任取六个数,问能组成多少个数字不重复的六位数。
集合a为数字不重复的九位数的集合,s(a)=9!
集合b为数字不重复的六位数的集合。
把集合a分为子集的集合,规则为前6位数相同的元素构成一个子集。显然各子集没有共同元素。每个子集元素的个数,等于剩余的3个数的全排列,即3!
这时集合b的元素与a的子集存在一一对应关系,则
s(a)=s(b)*3!
s(b)=9!/3!
组合与排列的区别在于,每一个组合中的各元素是没有顺序的。无论这些元素怎样排列,都只当作一种组合方式。所以在计算组合数的时候,只要分步,就意味有次序。取n次,n件物品的n!种排列方式都会被当作不同选法,该选法就重复计了n!次。比如10个球中任取三个球,取法应该是c(10,3),但如果先从10个中取一个,得c(10,1),再从9个中取一个得c(9,1),再从8个中取一个得c(8,1),再相乘结果成了p(10,3),结果增大了3!倍。
概率的概念。在有限集合的情况下,概率是子集元素个数与全集元素个数的比值。在无限集合的情况下,概率是代表子集的点的面积与代表全集的点的面积的比值。
概率分布函数可以描述概率分布的全貌。离散型的概率分布是一组数列,计算事件发生的概率、数学期望和方差都使用数列的计算方法。连续型的概率分布是一个函数,它等于概率密度函数的积分,计算事件发生的概率、数学期望和方差都使用积分的计算方法。
概率的概念不难理解,解题能力决定于对数列和积分中的方法掌握的熟练程度。
6、线性代数的相关概念
向量是一组数,代表从原点向一个点引出的有方向的线段。在平面上容易理解,(x,y)代表从原点从点(x,y)引出的线段;三维空间中的向量也好理解,伸出胳膊随便指向一个方向,就是一个向量。超过三维的向量就只能*想象了。
向量之间线性相关的定义是这样的,对于向量b和一组向量a1,a2,。。。,an,如果存在一组不全为0的数l1,l2,。。。,ln,使b=l1a1+l2a2+。。。+lnan,则称向量b与向量组a线性相关,否则称向量b与向量组a线性无关。b与a线性相关,即b是a的一个线性组合。如三维空间中的任一向量k(x,y,z),都是向量组a1(1,0,0)、a2(0,1,0)、a3(0,0,1)的一个线性组合,因为k=xa1+ya2+za3。上述定义对解决线性相关的问题非常重要,必须深刻理解。
极大无关组的概念。极大无关组是一组向量a1,a2,。。。,an中选出的部分向量,组成新的向量组,假定叫向量组s。s满足:a中的任一向量都与s线性相关(保证s的极大性),s中的任一向量与s中其余的向量线性无关(保证s的无关性)。则s为a的一个极大无关组。
向量组中可能存在多个极大无关组。假设三维空间中的所有向量组成一个向量组,则向量组a1(1,0,0)、a2(0,1,0)、a3(0,0,1)是其中的一个极大无关组。向量组b1(1,0,0)、b2(0,2,0)、b3(0,0,3)同样是极大无关组。只要选出的三个向量组成的行列式值不为0,就都是一个极大无关组。对于任意维空间,极大无关组可看作一组向量中选出的一组坐标系,每个向量都是这组坐标系中的一个点。
矩阵是一组向量排成的长方形。这组向量中,极大无关组中含有的向量的个数称为矩阵的秩。如果每个向量都视为一条信息,矩阵的秩就是矩阵包含的信息量的条数。极大无关组之外的向量,代表无效信息,因为它们可以由极大无关组中的信息表示出来。
理解了基本概念,对基本数学方法就更容易掌握。初等数学是高等数学的基础,高等数学除了多出新的概念之外,运用的都是初等数学的方法。数列和微积分又是概率论的基础。
三、找出解题思路
很多同学做题的困难都在于找不到思路。但我觉得,在掌握基本概念和基本方法之后,多数题都容易找到思路,因为mba数学主要考基本方法。我只提几条建议:
1、把文字材料翻译成数学语言。数学的语言是方程、等式或不等式,把题目中出现的每个变量都用x,y,z等未知数代替,再从题目中找出这些未知数之间的关系。多数初等数学题都变成了解线性方程。
2、联想。对题目中出现的式子要展开联想,搜索记忆库中的导数、积分、数列等等中的公式,看它与哪个公式“模样”比较象,就朝哪个方向去思考。
3、简化。题目中的式子可能很复杂,我们可以把相同的东西用一个新的变量代替,复杂式子中的简单关系就显现出来了。
4、搭出思维的框架。就象写文章一样,具体内容还没想全,但头脑中已经有提纲。比如已知等差数列的第二项和第七项,求数列第101项到第200项的和。在具体求之前,头脑中就要先有解题的框架:设数列首项a1和公差d为未知数—》列出两个方程—》解出a1,d—》由数列通项公式计算前n项和公式—》计算s100和s200—》s200-s100得出答案。这样思路清晰,能提高解题速度。
此外,还可以学习一些通用解法。通用解法可以解决相同类型的所有题目,无须再费时间思考。比如线代中的线性方程解法、高数中复合函数的二阶导数、隐函数的偏导数、概率中的数学期望和方差等,都是通用解法,答题的速度和准确性依赖于自己的计算能力,虽然计算复杂,但不用花时间思考。我也总结过不少通用解法,比较典型的是:
已知数列通项公式a(n),求数列的前n项和s(n)。
这个问题等价于求s(n)的通项公式,而s(n)=s(n-1)+a(n),这就成为递推数列的问题。
解法是寻找一个数列b(n),
使s(n)+b(n)=s(n-1)+b(n-1)
从而s(n)=a(1)+b(1)-b(n)
猜想b(n)的方法:把a(n)当作函数求积分,对得出的函数形式设待定系数,利用b(n)-b(n-1)=-a(n)求出待定系数。
例题:求s(n)=2+2*2^2+3*2^3+...+n*2^n
解:s(n)=s(n-1)+n*2^n
n*2^n积分得(n*ln2-1)*2^n/(ln2)^2
因此设b(n)=(pn+q)*2^n
则(pn+q)*2^n-[p(n-1)+q)*2^(n-1)=-n*2^n
(p*n+p+q)/2*2^n=-n*2^n
因为上式是恒等式,所以p=-2,q=2
b(n)=(-2n+2)*2^n
a(1)=2,b(1)=0
因此:s(n)=a(1)+b(1)-b(n)
=(2n-2)*2^n+2
对于求集合元素个数的问题,也有通用解法。比如三个相交的集合,可以先画出三个相交的圆圈,分别作为集合a、b、c,a在上,b在左下,c在右下。则a、b、c都被分为四部分,一共分为7块。从最上开始,沿逆时针方向将周围一圈设为x1、x2。。。x6,中间为x7,aubuc的补集设为x8。那么题目中给出的任何条件都可以化成关于这八个未知数的方程组,然后变成解线性方程组的问题。如果不用这种方法,题目中的a与b的交集并上c、a与b的差交c等变化万千的条件容易把人搅得头晕脑涨。
与通用解法相对应的是特殊解法。特殊解法方法巧妙,计算简便,可以大大提高解题速度。但掌握特殊解法需要*大量的练习、总结、积累。如求函数f(x)=x^2(1-x)在[0,1]上的最大值,可利用几何平均数小于算术平均数的性质,直接得出:
f(x)= x^2(1-x)=4*x/2*x/2*(1-x)<=4*[(x/2+x/2+1-x)/3]^3=4/27,等号在x/2=1-x,即x=2/3时成立。从而最大值为4/27。无须求导数、驻点再代入原式计算。
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