SYSTEMATIC MATHEMATICS

预备微积分

本课分成八个按内容确定长度的单元,各单元分别有 4、6、4、5、5、4、5、4 章,共 37 个可见知识章节,是进入微积分前的最后桥梁。课程分析函数定义域与变换、复数几何与可验证除法、极形式乘方与开根、有理式符号、渐近线与部分分式、指数时间尺度、对数方程、三角函数分支、圆锥曲线、极坐标曲线描迹、有限与无穷数列、极限、夹逼论证、变化率、优化、回归残差与敏感性。每个新词和符号都先说明读法与含义;每个公式都连接图像、表格、定义域、精确推导、完整例题,以及模型或捷径开始失效的第一个边界。

本课程之前: 数学基础、代数与函数、几何与三角学,包括精确代数、坐标几何、弧度与一般三角形求解。

COURSE FACTSLevel, chapters, units, prerequisite, and outcome
第 1 章

函数族把结构与参数分开

目标: 为什么定义域必须通过代数变换,而不能靠视觉记忆平移?

函数族用参数从共同结构规则中选出一个成员。在 f(x)=a·g(b(x−h))+k 中,母函数 g 提供定性形状,a、b、h、k 分别控制竖直缩放或反射、水平缩放或反射,以及平移。图像变化应通过追问“哪个原输入产生所需变换输入”来推导,而不是背方向清单。

变换不仅改变外观,也作用于定义域和值域。若 g 的定义域为 D,则 g(b(x−h)) 要求 b(x−h)∈D。竖直平移改变值域,水平平移改变定义域边界。只有处理参数符号与排除值后,零点、极值、渐近线与对称性才可预测地变换。绘图窗口可能隐藏这些事实,却不能改变它们。

当 b≠0 时,y=g(b(x−h))+k 的图像由 y=g(x) 水平缩放 1/|b| 倍;b<0 时再关于竖线 x=h 反射,随后平移 h 与 k。

母图像点 (u,g(u)) 出现在变换图像中时满足 b(x−h)=u,所以 x=h+u/b。

u 的差在 x 坐标中除以 |b|,得到水平比例 1/|b|;负 b 会反转左右顺序。

输出变为 g(u)+k,产生竖直平移 k;输入解包含 h,产生水平平移。

从 g(x)=√x 出发,分析 f(x)=−2√(3(x−4))+5 的定义域、值域、起点、反射与缩放。

  1. 被开方数要求 3(x−4)≥0,所以 x≥4。母函数输入零在 x=4 出现,起点为 (4,5)。
  2. 因子 3 把水平距离压缩为 1/3。外因子 −2 关于水平线 y=5 反射,并把竖直距离加倍。
  3. 由于平方根非负,−2√·≤0,加 5 后值域为 (−∞,5]。

结果: 定义域 [4,∞),值域 (−∞,5],起点 (4,5)。