Calculus:Single and Multivariable 5/e

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具体描述

Calculus teachers recognize Calculus as the leading resource among the "reform" projects that employ the rule of four and streamline the curriculum in order to deepen conceptual understanding. The fifth edition uses all strands of the "Rule of Four" - graphical, numeric, symbolic/algebraic, and verbal/applied presentations - to make concepts easier to understand. The book focuses on exploring fundamental ideas rather than comprehensive coverage of multiple similar cases that are not fundamentally unique. Readers will also gain access to WileyPLUS, an online tool that allows for extensive drills and practice. Calculus teachers will build on their understanding in the field and discover new ways to present concepts to their students.
微积分:单变量与多变量(第五版)内容概述 本书《微积分:单变量与多变量(第五版)》旨在为学生提供对微积分核心概念的全面、深入的理解,涵盖从单变量函数到多变量函数的整个领域。本书的编排逻辑清晰,内容组织严谨,力求在数学的严谨性与直观理解之间取得完美的平衡,帮助学习者构建坚实的数学基础,并培养解决实际问题的能力。 第一部分:单变量微积分基础 本书的开篇部分,专注于单变量函数的分析,这是构建多变量微积分理解的基石。 第1章:函数、极限与连续性 本章首先回顾了函数、图像、反函数、指数与对数函数等基础代数概念。随后,引入了微积分的两个核心概念:极限和连续性。极限的引入采用了严谨的 $epsilon-delta$ 定义,辅以大量的几何和直观解释,确保学生不仅能计算极限,更能理解其内在含义。对函数连续性的讨论,涵盖了其在区间上的性质,如介值定理(Intermediate Value Theorem)的应用,为后续导数的讨论奠定了基础。 第2章:导数的定义与基本性质 导数被引入为瞬时变化率和切线斜率的几何解释。本章详细推导了基本函数(多项式、三角函数、指数函数)的导数公式。重点强调了导数的线性性质、乘法法则、除法法则以及最重要的链式法则(Chain Rule),链式法则的掌握被视为理解复杂函数求导的关键。 第3章:导数的应用 此章是理论与实践结合的重点。首先探讨了导数的实际应用,例如速度和加速度。随后,深入研究了利用导数分析函数行为的工具:函数单调性、局部最大值与最小值(利用一阶和二阶导数检验法)。最大值和最小值的优化问题是本章的重头戏,涵盖了现实世界中的各种优化场景。此外,还包括了洛必达法则(L'Hôpital's Rule)在处理未定式极限中的应用,以及相关的线性近似和牛顿法(Newton's Method)用于数值逼近。 第4章:积分:不定积分与微积分基本定理 本章标志着从变化率到累积量的过渡。引入了不定积分的概念,即导数的逆运算——反导数。随后,详细阐述了微积分基本定理(The Fundamental Theorem of Calculus, FTC)。FTC 第一部分和第二部分被清晰地分解和解释,揭示了导数和积分之间的深刻联系。本章也开始介绍积分的计算技巧,包括代换法(Substitution Rule,即反向链式法则)。 第5章:定积分的应用 定积分被赋予了计算面积、体积等几何量的能力。本章详细介绍了如何利用定积分计算由曲线围成的面积、旋转体的体积(圆盘法、垫片法、壳层法)。此外,还拓展到计算弧长和曲面的面积。物理应用方面,涵盖了功的计算以及质心和转矩的概念。 第6章:积分技巧 本章专注于掌握更复杂的积分求解策略,这是微积分学习中一个重要的技术门槛。内容包括:分部积分法(Integration by Parts)、三角函数积分、三角代换法(Trigonometric Substitution)、部分分式分解法(Partial Fraction Decomposition)用于有理函数的积分,以及利用积分表和数值积分方法(如梯形法则、辛普森法则)处理难以解析求解的积分。 第7章:超越有限:序列、级数与幂级数 本章将微积分的概念扩展到无穷。首先介绍了数列的极限,随后过渡到无穷级数。对各种级数测试(如比值检验、根值检验、比较检验)进行了详尽的讲解,以确定级数的收敛性。本章的高潮是幂级数(Power Series)的引入,特别是泰勒级数(Taylor Series)和麦克劳林级数(Maclaurin Series)。学生将学习如何构建这些级数表示,并利用它们来近似复杂函数、计算特定积分,以及求解微分方程。 第二部分:多变量微积分 在单变量微积分的基础上,本书将分析扩展到三维空间及更高维度,进入多变量微积分领域。 第8章:向量与三维空间 为了在三维及以上空间进行分析,本章首先介绍了向量的基本代数运算,包括向量加法、标量乘法、点积(内积)和叉积(外积)。随后,介绍了三维坐标系、球面方程,以及直线和平面的参数方程与向量方程,为描述三维几何对象奠定基础。 第9章:偏导数 多变量函数的核心概念——偏导数被引入。偏导数被定义为在保持其他变量恒定时,函数对某一个变量的变化率。本章详细阐述了高阶偏导数,并引入了重要的混合偏导数(Clairaut's Theorem)。随后,关键的链式法则(Chain Rule for Multivariable Functions)被推广到多变量情境。梯度向量(Gradient Vector)被定义,它指明了函数增加最快的方向,并与方向导数紧密相关。 第10章:极值与最优化 本章关注多变量函数的最大值和最小值。首先在闭合、有界区域内寻找绝对极值。随后,利用偏导数找到函数的临界点,并应用二阶偏导数检验(Hessian Matrix 的应用)来区分局部最大值、最小值和鞍点。此外,拉格朗日乘数法(Lagrange Multipliers)被介绍为处理等式约束优化问题的强大工具。 第11章:多重积分 多重积分是计算体积、质量、平均值等累积量的关键工具。本章从二重积分(Double Integrals)开始,解释了它们在直角坐标系下如何计算平面区域上的面积和体积。随后,积分的顺序(Fubini's Theorem)和积分区域的选取变得至关重要。接着,积分被推广到三重积分(Triple Integrals),用于计算三维固体区域的体积和质量。 第12章:坐标系的变换 为了简化多重积分的计算,本章深入探讨了坐标系的变换。极坐标系(Polar Coordinates)被应用于二重积分中,极大地简化了圆形或扇形区域的积分。随后,空间坐标系被扩展到柱坐标系(Cylindrical Coordinates)和球坐标系(Spherical Coordinates),这些坐标系对于处理具有高度对称性的积分问题至关重要,强调了雅可比行列式(Jacobian Determinant)在面积或体积元素转换中的作用。 第13章:线积分与格林公式 本章将积分的概念提升到曲线和曲面上。线积分(Line Integrals)被用于计算沿着曲线的质量或功。对保守向量场(Conservative Vector Fields)的深入探讨揭示了势函数(Potential Functions)的存在性,并引入了基本定理在线积分中的应用。最后,格林公式(Green's Theorem)被引入,作为将平面区域上的二重积分与其边界上的线积分联系起来的桥梁,这是应用性最强的定理之一。 第14章:曲面积分与斯托克斯定理 本章进一步将积分扩展到三维空间中的曲面。曲面积分(Surface Integrals)被定义,用于计算流过曲面的通量或曲面质量。随后,探讨了向量场在曲面上的通量计算。本章的重点和难点在于两个重要的定理:散度定理(Divergence Theorem, 或称 Gauss's Theorem)和斯托克斯定理(Stokes' Theorem)。这两个定理分别将散度与三重积分、旋度与曲面积分联系起来,展示了微积分基本定理在更高维度上的优雅推广。 本书的结构确保了学生能够逐步掌握从一维到高维的分析工具,为后续学习微分方程、高等数学、物理学和工程学打下坚实的基础。每章后附有大量的习题,难度从基础巩固到挑战性的应用问题不等。

著者信息

图书目录

图书序言

图书试读

用户评价

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这本书在概念的引入方面,做得相当到位,它并没有一开始就抛出一堆复杂的公式和定理,而是选择了一种更加循序渐进、贴近生活的方式来讲解。我记得在介绍极限的时候,作者并没有直接给出 epsilon-delta 的定义,而是通过一些直观的例子,比如描述一个物体运动到某一点的速度,或者一个函数在某个点附近的趋势,来引导读者理解极限的本质。这种“润物细无声”的教学方式,让我这种初学者不会因为一开始就面对抽象的数学语言而望而却步。更重要的是,作者在讲解每一个新概念时,都会反复强调它在后续章节中的重要性,以及它与其他概念之间的联系。这种“前后呼应”的处理方式,极大地帮助我构建了一个完整的知识体系,而不是零散地记忆一个个孤立的公式。我尤其欣赏作者在解释一些关键定理时,会穿插一些历史背景或者实际应用案例,这让冰冷的数学知识变得鲜活起来,也让我明白了学习这些概念的意义所在。例如,在讲解微积分的基本定理时,作者不仅详细阐述了它的数学证明,还提到了它在物理学、经济学等领域的重要应用,这让我感到数学不再是“空中楼阁”,而是解决实际问题的强大工具。这种结合了理论深度与实践应用的讲解方式,是我在这本书中最看重的一点,它让我在学习过程中,始终保持着高度的参与感和探索欲,并且能够清晰地认识到自己正在一步步接近数学的核心。

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这本书的语言风格,可以说是介于严谨的学术性和易懂的科普性之间,达到了一种微妙的平衡。作者在讲解数学概念时,并没有使用过于晦涩难懂的专业术语,而是尽量用清晰、简洁的语言来表达。即使在引入一些复杂的定义时,作者也会尽量用比喻或者类比的方式来帮助读者理解。我尤其欣赏的是,书中对于一些历史上的数学发展脉络的介绍,以及对一些著名数学家的贡献的提及,这些内容虽然不是核心的数学知识,但却能极大地激发我对数学的兴趣,让我感受到数学的生命力和人文气息。我曾读过一些数学书籍,其语言过于枯燥乏味,让人读几页就想放弃,而这本书则不然,它用一种更加亲切、友好的方式,拉近了读者与数学之间的距离。在讲解一些稍微复杂一点的证明时,作者也会适时地插入一些“解读”性的文字,解释证明的逻辑思路,或者证明的关键突破点,这让我在阅读过程中,不会感到迷失,而是能够跟上作者的节奏。我甚至觉得,这本书的语言,就像一位经验丰富的老师,在循循善诱地引导我走进数学的殿堂,而不是冷冰冰地抛出一堆公式。这种恰到好处的语言风格,让我能够轻松地沉浸在数学的世界里,享受学习的乐趣,而不会被语言的障碍所困扰,它让我觉得,理解复杂的数学概念,并没有想象中那么困难。

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这本书的封面设计,老实说,第一眼看上去并没有给我带来什么特别的惊喜,就是那种教科书常见的、略显严肃的风格。但是,当我真正翻开第一页,那种沉甸甸的手感,以及纸张的质感,都让我觉得这不像是一本仓促出版的读物。封面的色彩搭配,虽然不张扬,但细细品味,却有一种稳重而专业的学术氛围,这让我对即将展开的学习之旅充满了期待。书中排版清晰,字体大小适中,疏朗的行距让我的眼睛在阅读时感到舒适,不会有拥挤感。而且,我注意到书本的装订非常牢固,即使我经常将它放在书桌上,或者随身携带,它也丝毫没有松散的迹象,这对于经常需要查阅资料的我来说,无疑是一个巨大的优点。我尤其喜欢书本的尺寸,虽然比某些便携式读物要大,但刚好能容纳下更详细的图解和更丰富的文字内容,放在桌上阅读时,视野也更加开阔。书页的颜色处理得也很好,不会过于刺眼,也不会显得暗淡,这种适中的色调,让我在长时间的学习过程中,不容易产生视觉疲劳。总的来说,从物理形态上,这本书就给了我一个非常扎实的“第一印象”,仿佛在无声地告诉我,它是一本值得信赖的学习伙伴。我甚至还注意到,书脊的设计也考虑到了方便打开和合上,不会因为新书的紧实而感到费力,这一点小小的细节,却彰显了出版方的用心。

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这本书在对学生学习习惯的培养方面,也做了一些非常细致的考虑。我注意到,在每一章的开头,作者都会提供一个“本章概述”,简要介绍本章将要学习的内容,以及这些内容与之前知识的联系。这让我能够在开始阅读之前,对本章的学习目标有一个清晰的认识,并且能够提前激活我相关的背景知识。在章节的结尾,则会有一个“本章小结”,再次梳理本章的重点和难点,让我能够对学到的知识进行一个系统的回顾和巩固。我个人非常喜欢这种“首尾呼应”的学习模式,它能够帮助我更好地组织和记忆学习内容。此外,书中还经常会穿插一些“提示”或者“注意”的小栏目,用来提醒我一些容易出错的地方,或者是一些需要特别关注的细节。这些小小的提示,往往能够在我关键的时刻起到“点睛之笔”的作用,帮助我避免一些不必要的弯路。我甚至觉得,这本书的设计,不仅仅是在传授知识,更是在教我如何有效地学习数学。它所倡导的循序渐进、回顾巩固、注意细节的学习方法,已经潜移默化地影响了我的学习习惯,让我不再是盲目地刷题,而是更加注重理解和方法的掌握。这种“授人以渔”的设计理念,让这本书的价值远远超出了单纯的知识传递,成为我提升学习能力的有力助手,让我意识到,学习数学,其实也是在学习一种解决问题的思维方式。

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这本书在例题的选择和编排上,可谓是下足了功夫。每一章的例题都紧密围绕着该章的知识点展开,从最基础的计算题,到稍微复杂一些的应用题,再到一些需要综合运用多个概念的难题,梯度非常明显。我喜欢它不仅仅提供答案,还附带了详细的解题步骤和思路分析。很多时候,我卡在一个题目上,不是因为不懂公式,而是不知道如何下手,或者不知道该如何将已知条件和所求目标联系起来。而这本书的例题解析,就像一位耐心细致的老师,一步一步地引导我思考,指出我可能存在的思维盲点,并且提供多种解题的可能性。我尤其赞赏的是,作者并没有回避一些“陷阱题”或者容易出错的地方,反而会在例题中特意设计一些这样的题目,并给出详细的解释,这极大地增强了我对题目细节的敏感度,避免了在考试中因为粗心而失分。此外,每章末尾的习题,也设置得非常有层次感。基础题巩固了知识点,而进阶题则充分锻炼了我的解题能力和逻辑思维。我甚至觉得,如果能够把每一章的例题都吃透,就已经掌握了该章80%以上的精髓。这本书的例题,不仅仅是练习,更像是一次次精辟的“案例分析”,让我能够从不同的角度去理解和应用数学概念,并且在潜移默化中提升我的解题技巧,让我感觉自己的数学能力正在稳步提升,而不是原地踏步。

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这本书在细节的处理上,可以说做到了“吹毛求疵”的极致,让我觉得出版方和作者在创作这本书时,倾注了极大的心血。我注意到,书中对于每一个数学符号的定义,每一个定理的表述,都力求准确无误。即使是那些看似微不足道的细节,例如公式中的上下标、括号的使用,都处理得非常规范。我甚至在阅读过程中,尝试去寻找一些“小错误”,但至今为止,我几乎没有发现任何明显的纰漏。这种严谨的态度,让我对这本书的可靠性给予了极高的评价。我尤其喜欢的是,书中在讲解一些复杂公式的时候,会附带一些“推导提示”或者“公式说明”,用来解释公式的来源和意义,这对于我理解和记忆公式非常有帮助。而且,书中的索引也非常详细,我可以通过关键词快速找到我需要的内容,这在复习和查阅资料时,大大节省了我的时间。我甚至觉得,这本书的质量,已经超越了很多市面上同类教材,它不仅仅是一本学习工具,更是一件值得收藏的“数学作品”。这种对细节的极致追求,让我感到非常安心,知道我所学习的内容是可靠和准确的,这对于任何一门学科的学习,尤其是数学,都是至关重要的。它让我觉得,每一次翻开这本书,都是一次高质量的学习体验,让我能够全身心地投入到知识的学习中,而不用担心信息不准确带来的困扰。

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我不得不说,这本书在处理一些比较“硬核”的数学证明和定理推导时,表现出了极高的专业性和严谨性。虽然我个人可能没有那么多时间去深究每一个细节,但作者在呈现这些内容时,那种清晰的逻辑链条和严密的论证过程,让我感到非常信服。即使我暂时无法完全理解证明的每一步,但通过作者的引导,我能够大致把握证明的思路和关键步骤。我注意到,作者通常会在证明之前,先给出定理的直观解释,或者定理在实际中的意义,然后再进行严密的数学推导。这种“先感性后理性”的处理方式,让我在面对复杂的证明时,不会感到无所适从,而是知道我正在解决一个具体的问题。书中对于一些常用数学符号的定义和规范,也做得非常清楚,让我能够快速查阅,避免因符号混淆而产生的错误。我尤其欣赏的是,书中在引入一些更高级的概念时,会通过“先铺垫,后升华”的方式,例如在讲解黎曼积分之前,会先详细讲解定积分的定义和几何意义,然后才逐步过渡到更一般化的黎曼积分。这种层层递进的讲解方式,让我能够逐步消化和理解这些复杂的数学概念。即使有些证明我暂时无法完全领会,但通过阅读,我能够感受到数学的逻辑之美和严谨性,这本身就是一种宝贵的学习体验,也让我对未来的深入学习充满信心,因为我知道,这本书已经为我打下了坚实的基础。

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这本书在图解和图形的运用上,绝对是“教科书级别”的典范。很多抽象的数学概念,通过书中的图示,瞬间变得直观易懂。例如,在讲解向量的时候,书中用了大量的箭头和图形来展示向量的加减、数乘以及它们在几何空间中的意义,让我不再仅仅是死记硬背公式,而是能够“看图说话”,理解向量的本质。对于多变量函数的可视化,例如曲面、梯度场等,书中提供的三维图形,虽然受限于纸张的二维平面,但作者通过多角度的展示和详细的标注,几乎完美地还原了这些高维空间的形态,让我能够清晰地想象它们的样子。我尤其喜欢那些用来解释导数和积分的几何意义的图。例如,导数表示切线的斜率,积分表示曲线下的面积,这些图像都做得非常精美,并且标注清晰,让我在做题时,能够立刻联想到对应的几何图形,从而更准确地理解题目。有时,即使我一时想不起公式,看到书中的图,也能大概推断出公式的含义。这种“图文并茂”的学习方式,极大地降低了理解难度,也让学习过程变得更加有趣。我甚至觉得,这本书的插图,本身就可以算是一本小型的手册,用来快速回顾和理解各个章节的核心概念,它在帮助我建立空间想象能力和几何直观感方面,起到了至关重要的作用,让我觉得数学的美,不仅仅在于公式的严谨,也在于图形的灵动。

评分

这本书在内容的广度和深度上,都达到了一个相当高的水准,让我觉得它不仅仅是一本入门教材,更是一本可以伴随我多年学习的参考书。从基础的微积分,到多变量微积分,再到一些更高级的专题,书中都进行了比较全面而深入的讲解。我尤其喜欢的是,书中在介绍完基础概念之后,还会适时地引出一些相关的高级主题,为我后续的学习提供了清晰的指引。例如,在讲解完微分方程的基本概念后,书中还简要提及了某些特殊类型微分方程的求解方法,虽然没有深入展开,但已经足够勾起我的兴趣,让我知道在未来可以继续深入学习的方向。我注意到,书中在处理一些重要的定理时,会给出不同层次的证明,有的比较直观,有的则更加严谨,这为不同水平的学习者提供了选择。我甚至觉得,这本书的内容,已经涵盖了大学本科数学专业的一些核心课程的内容,这让我觉得它具有很高的“性价比”。而且,书中引用的参考文献和推荐的进一步阅读材料,也为我提供了更多探索数学世界的机会。我不会觉得这本书的内容“止步于此”,反而会觉得它像是一扇门,在我推开之后,里面还有更广阔的风景等待我去发现,让我对数学的探索充满了持续的动力和期待。

评分

这本书在章节的组织结构上,表现出了极高的逻辑性和连贯性,让我能够清晰地感受到知识点之间的内在联系。作者并没有将各个章节孤立地呈现,而是巧妙地将它们串联起来,形成一个完整的知识体系。例如,在介绍完单变量函数之后,紧接着就引入了多变量函数,并且在多变量函数的讲解中,会频繁地回顾和类比单变量函数的相关概念。这种“承前启后”的设计,极大地帮助我理解了从一维到多维的数学概念的拓展。我特别欣赏的是,作者在引入每一个新的概念时,都会明确指出它与之前所学知识的关系,以及它在整个学科体系中的地位。这让我能够时刻保持对全局的把握,而不是沉浸在局部的细节中。此外,章节之间的过渡也非常自然,读完一章,我能够很顺畅地进入下一章的学习,不会感到突兀或者割裂。这种清晰的组织结构,让我感觉自己不是在被动地接受信息,而是在主动地构建属于自己的数学知识框架。我甚至觉得,这本书的章节安排,本身就是一种“数学思维”的体现,它教会了我如何去组织和分析信息,如何去建立不同概念之间的逻辑联系。这种结构上的优势,让我的学习过程更加高效,也更加有条理,让我能够更轻松地掌握复杂的数学知识,并且在复习的时候,能够快速地找到自己需要的内容。

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