微积分理论与实践精讲
微积分理论与实践精讲
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更新日期:2025/06/10
开课平台爱课程(中国大学MOOC)
开课高校广东工业大学
开课教师章云
学科专业理学数学类
开课时间2025/02/24 - 2025/06/30
课程周期18 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

      高等数学是工科学生一门非常重要的基础课。它不仅给出了许多解决实际问题的数学知识与工具,更重要的是让学生掌握严密的逻辑思维方法。但是,常常有学生产生质疑,“高等数学很玄" ,"高等数学有何用?"学生对数学的学习产生了不同程度的畏惧和困惑。究其原因,可能有三:

      一是与初等数学(含算术)的脱离。中小学的数学,让学生建立起了数及其运算、代数与变换、几何(形)与演绎证明、数与形的相互转换等基本数学框架。这个框架来源于人类对客观世界的自然理解,并且在日常生活实践中不断得以证实,在学生头脑中留下了深刻烙印。因此,高等数学的新概念如果不能无缝地嫁接到初等数学之树上,不能让学生清晰地理解到这些新概念都是过去旧概念或思想自然的延伸,就难免生出“悬浮”之感。

      二是与解决实际问题的脱离。试图讲几个工程实例来达到解决实际问题的目的,是远远不够的.如果数学不能成为解决实际问题的“数学工具”,它就会变成玄学。那么何为“数学工具”?一是能高效求解且呈现出形式化,而不是技巧化;二是它一定是严密的.否则不是数学工真.三是通常情况下它是有前提条件的。培养学生运用数学的能力,不是简单举几个工程实际的例子能解决的,更应该是在教学内容以形成“数学工具”的方式来安排,这样才能让学生将学到的数学知识生根而不“悬浮”。

      三是与数学思想方法的脱离.任何学科能独立成为一个学科,一定有它特有的解决问题的思想和方法。数学作为一门独立的学科,同样有它特有的解决问题的思想和方法。让学生掌握数学学科是怎样观察世界、描述世界,怎样思考分析问题、给出解决问题的方法,比让学生掌握许许多多数学知识更为重要。这就要求教师去了解数学的发展史,在组织讲授内容以形成“数学工具”这条主线时,有意识地去提炼、归纳、融会“数学思想”。当学生掌握了数学思想方法时,一定就会扎根难忘,不再“悬浮”。在多年的教学与科研工作中,深切体会到掌握了数学思想与工具,就会打开解决工程实际问题的大门。    

       本课程试图弥补前述三点不足,从“工科数学”新的角度解释高等数学。一方面,“工科数学”首先必须是“数学”,数学课程最重要的功能就是培养学生严密的逻辑推导能力、抽象思维能力、归纳综合能力等。另一方面,工科生学数学,应与数学专业学生学数学有所差异,差异在于工科生要掌握“数学工具” 。不强求给出系统的、严谨的数学体系,而追求讲清对数学的“理解”,希望给出一条主线细丝。把已学过的数学知识串起来,让学生感觉数学是踏实的、有用的。

课程大纲
数与形
1.1引言
1.2数的发展
1.3代数
1.4几何
1.5解析几何
1.6函数
1.7困境
极限与连续
2.1.1无穷远极限
2.1.2函数极限
2.1.3极限与不等式
2.1.4极限值与函数值
2.1.5极限性质
2.1.6边缘情况与夹逼
2.1.7连续
2.2.1导数及其性质
2.2.2导数应用
2.2.3高阶导数与泰勒公式
2.2.4微分
2.2.5不定积分
2.3.1定积分定义
2.3.2定积分求解
2.3.3定积分的应用1
2.3.4定积分的应用2
多元微积分
3.1.1向量及其乘法
3.1.2向量乘法与矩阵乘法
3.1.3多元函数与空间曲面
3.2.1多元极限与偏导——极限
3.2.2多元极限与偏导——偏导
3.2.3多元极限与偏导——全微分
3.2.4多元极限与偏导——偏导性质
3.2.5多元极限与偏导——应用1
3.2.6多元极限与偏导——应用2
3.2.7多元极限与偏导——应用3
3.3.1重积分——二重积分定义
3.3.2重积分——二重积分求解
3.3.3重积分——三重积分
3.3.4重积分——应用
曲线与曲面积分
4.1曲线积分
4.2曲面积分
4.3格林与高斯公式
数学模型
5.1微积分小结
5.2代数方程建模
5.3微分方程建模
5.4微分方程数值解
无穷级数
6.1无穷级数
6.2函数逼近与曲线拟合
6.3神经网络应用
迭代与优化
7.1优化问题
7.2迭代原理
7.3BP算法
谱分析
8.1离散谱
8.2连续谱
8.3离散时间谱
8.4谱分析应用
积分变换
9.1变换与拉氏变换
9.2加窗傅里叶变换
9.3小波变换