第零章 数学准备
一 泰勒展开式
1 二项式的展开
mm-1mm-1m-2 f?x???1?x?m?1?mx+??x2?????x3??
2!3!2 一般函数的展开
f?xf??xf???x f?x??f?x0???0??x-x0???0??x-x0?2??0??x-x0?3??
1!2!3!特别:x0?0时,
f??0?f???0?2f????0?3f?x??f?0??x?x?x??
1!2!3!3 二元函数的展开(x=y=0处)
???f?1??2f?2f?2f?f22x?2xy+y?? f?x,y??f?0?????0000x+0y??22??!?x?y?y?y?2??x??x? 评注:以上方法多用于近似处理与平衡态处的非线性问题向线
性问题的转化。在理论力问题的简单处理中,一般只需近似到三阶以内。
二 常微分方程
1 一阶非齐次常微分方程: y+P?x?y=Q?x?
?P?x?dx??P?x?dxdx? c?Qxe通解:y?e????????注:??P?x?dx,?Q?x?e?P?x?dxdx积分时不带任意常数,Q?x?可为常数。
2 一个特殊二阶微分方程
???A2y?B ?y通解:y=Kcos?Ax+?0??B 2A 注:K,?0为由初始条件决定的常量 3 二阶非齐次常微分方程
??ay??by?f?x? ?y 通解:y?y?y*;y为对应齐次方程的特解,y*为非齐次方程的一个特解。
非齐次方程的一个特解 (1) 对应齐次方程
???ay??by?0 y设y?e?x得特征方程?2?a??b?0。解出特解为?1,?2。 *若?1??2?R则y1?e?x,y2?e?x;y?c1e?x?c2e?x
1212*若?1??2?R则y1?e?x,y2?xe?x; y?e?x(c1?xc2)
111??e?xcos?x,y??e?xsin?x;*若?12????i则y12y?e?x(c1cos?x?c2sin?x)
(2) 若f?x??a0x2?b0x?c0为二次多项式
*b?0时,可设y*?Ax2?Bx?C *b?0时,可设y*?Ax3?Bx2?Cx?D
注:以上c1,c2,A,B,C,D均为常数,由初始条件决定。
三 矢量
1 矢量的标积
A?B=B?A=ABcos?=AxBx+AyBy+AzBz
????注:常用于一矢量在一方向上的投影 2 矢量的矢积
??i?????? A?B=-(B?A)=ABsin?en=?Ax?B?x?jAyBy?k??Az? Bz?? ?(AxBy?AzBy)i?(AzBx?AxBz)j?(AxBy?AyBx)k
???四 矩阵
此处仅讨论用矩阵判断方程组解的分布情形。
?a11x1?a12x2?a13x3?0? ?a21x1?a22x2?a23x3?0 ?ax?ax?ax?0?311322333?a11a12令D???a21a22?a?31a32a13??a23? a33??*D=0时,方程组有非零解 *D?0时,方程只有零解
第一章 牛顿力学的基本定律
万丈高楼从地起。整个力学大厦的地基将在此筑起,三百年的人类最高科学智慧结晶将飘来他的古朴与幽香。此时矢量言语将尽显英雄本色,微积分更是风光占尽。 【要点分析与总结】 1 质点运动的描述
(1) 直线坐标系
????r?xi?yj?zk??????????zk???r?xi?yj ??????????a??r???xi???yj???zk(2) 平面极坐标系
??r?rer????e?r?r???re ?????2)e???2r?)e???r??a?(r?(r??r?(3) 自然坐标系
???et?? ??v2? ?et?ena???(4) 柱坐标系
??v2??et?ena???e?ze?e?????z?????????
????????????〈析〉 上述矢量顺序分别为:i,j,k;er,e?,ek;et,en,eb;e?,e?,ez.
??der????e??ek?er???dt?de??????e矢量微分:??ek?e????r dt?dek?????ek?ek?0dt(其它各矢量微分与此方法相同) 微分时一定要注意矢量顺序
2 牛顿定律
惯性定律的矢量表述
??d2r? ma?m2?F
dt(1) 直角坐标系中
???Fx?mx??? ?Fy?my????Fz?mz(2) 极挫标系中
?2)?Fr?m(r???r?????2r?) ???F??m(r??F?0?k(3) 自然坐标系中
??F??m???2? ?Fn?m
????Fb?03 质点运动的基本定理 几个量的定义:
??动量 P?m? ?????角动量 L?r?m??r?P
??? 冲量 I?P2?P1
??? 力矩 M?r?F
???t2?冲量矩 H?I2?I1??Mdt
t1动能 T?m?2
??dP(1) 动量定理 F?
dt12??dP???F?e???0 ??方向上动量守恒:?e edt??dL(2) 动量矩定理 M?
dt