数学分析教案

教案2006-2007学年第1学期课程名称：数学分析3课程编号：4081103：数学科学学院、数学与应用数学专业、05级任课教师：姜子文数学科学学院山东师范大学《数学分析3》教案-------------------------------------------------------------------------------------课程简介《数学分析》课程是高等师范院校和综合性大学数学类专业——数学与应用数学专业、信息与计算科学专业本、专科的一门重要基础课，是进一步学习复变函数论、微分方程、微分几何、概率论、实变分析与泛函分析等后继课程的阶梯，是考取数学类硕士研究生的必考基础课之一。本课程内容包括极限论、函数微分学、函数积分学、无穷级数等方面的系统知识，用现代数学工具——极限的思想与方法研究函数的分析特性——连续性、可微性、可积性。本课程所讲授的这些内容和方法是现代应用数学的基础，是数学类专业学生必须具备的最基础的基本训练，是实现数学类专业培养目标的重要基础课。《数学分析》课程在大学低年级开设，它集科学性、严密性与连贯性于一体，系统性与逻辑性强，是连接初等数学与高等数学的桥梁，也是区分初等数学与高等数学的标志。对于刚上大学的大学生来说，在从初等数学（用非极限方法研究常量数学）到高等数学（用极限方法研究变量数学）的转变过程中，本课程的学习起着关键的作用。通过本课程的学习，学生可以对近代应用数学的发展有一个初步的了解，进而提高学习数学的兴趣，提高应用所学数学知识解决实际问题的能力与意识。通过本课程的讲授，可以引导学生了解当前数学领域的最新发展状况，培养学生探索新知识的意识和能力。《数学分析》课程授课时间为三个学期，各学期课程名称分别为：《数学分析(1)》、《数学分析(2)》、《数学分析(3)》。其中《数学分析(1)》主要包括如下内容：函数；数列极限；函数极限；函数连续性；实数连续性的基本定理；导数与微分。授课学期：第一学期；授课总时数：108学时；学分：6学分。《数学分析(2)》主要包括如下的内容：不定积分；定积分；定积分的应用；级数理论。授课学期：第二学期；授课总时数：108学时；学分：6学分。《数学分析(3)》主要包括如下的内容：多元函数偏导数，多元函数可微性，多元函数Taylor公式，多元函数极值，多元函数定积分、面积分、线积分及格林公式，高斯公式，斯托克斯公式。授课学期：第三学期；授课总时数：98学时；学分：6学分。现用教材：《数学分析》课程现在所用教材为面向21世纪课程教材和国家九五重点教材——华东师范大学主编的《数学分析（上、下册）》（第三版）。同步参考教材：《数学分析学习指导书》（上、下册），吴良森等编著；《数学分析学习指南》（自编）（上、下及下下册）；《数学分析研究》，马顺业编著；《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），刘玉琏等等编著等教材或教学参考书。《数学分析3》教案-------------------------------------------------------------------------------------教学大纲1、说明数学分析（3）的教学内容为多元函数的极限与连续、多元函数的微分学、隐函数定理及其应用、含参量正常积分、曲线积分、重积分、曲面积分等七章内容。通过教学，可使学生了解到多元函数与一元函数的差异与联系，理解到积分学多方面的应用。另外，由于学期的差异所造成的原因，本学期的数学分析3这门课程还将讲述傅立叶（Fourier）级数这一章内容。本课程授课学期：第三学期；授课总时数：108学时；学分：6学分。2、课程内容及课时分配一、傅立叶（Fourier）级数（11学时）三角级数，三角函数系的正交性，傅立叶级数，贝塞尔（Bessel）不等式，黎曼——勒贝格（Riemann-lebesgue）定理，傅立叶级数的部分和公式，按段光滑且以2π为周期的函数展开为傅立叶级数的收敛定理，奇函数与偶函数的傅立叶级数，以SKIPIF1<0为周期的函数的傅立叶级数，一致收敛性定理，傅立叶级数的逐项积分与逐项微分，维尔斯特拉斯的函数逼近定理*。二、多元函数的极限与连续（13学时）平面点集概念（邻域、内点、界点、开集、闭集、开域、闭域等），平面点集的基本定理一区域套定理、聚点定理、有限覆盖定理。二元函数概念。二重极限，累次极限，二元函数连续性，复合函数的连续性定理，有界闭域上连续函数的性质。n维空间与n元函数（距离、三角形不等式、极限、连续性等）*。注：建议用映射观点定义多元函数。三、多元函数的微分学（19学时）偏导数及其几何意义，全微分概念，全微分的几何意义，全微分存在的充分条件，全微分在近似计算中的应用，方向导数与梯度，复合函数的偏导数与全微分，一阶微分形式的不变性，高阶导数及其与顺序无关性，高阶微分，二元函数的泰勒定理，二元函数极值。注：在极值举例中可介绍“最小二乘法”。四、隐函数定理及其应用（13学时）隐函数概念，隐函数定理，隐函数求导。隐函数组概念，隐函数组定理，隐函数组求导，反函数组与坐标变换，函数行列式，函数相关*。几何应用，条件极值与拉格朗日乘数法。注：建议用映射观点阐述函数组、反函数组与坐标变换的概念。五、含参量积分（13学时）含参量积分概念，连续性、可积性与可微性，积分顺序的交换。含参量反常积分的收敛与一致收敛，一致收敛的柯西准则，维尔斯特拉斯判别法、连续性、可积性与可微性，积分顺序的交换*。Γ函数与B函数。六、曲线积分（10学时）第一型和第二型曲线积分概念与计算，格林（Green）公式，曲线积分与路径无关条件。七、重积分（16学时）平面图形面积，二重积分定义与存在性，二重积分性质，二重积分计算（化为累次积分），二重积分的换元法（极坐标变换与一般变换）。三重积分定义与计算，三重积分的换元法（柱坐标变换、球坐标变换与一般变换）。重积分应用（体积，曲面面积，重心，转动惯量等）。n重积分*。无界区域上反常二重积分的收敛性概念，无界函数的反常二重积分。注1：用微元法讲重积分应用。注1：在讲授无界区域上非正常二重积分时，介绍SKIPIF1<0的计算。八、曲面积分（13学时）曲面的侧，第一型和第二型曲面积分概念与计算，奥斯特罗格拉斯基一高斯公式，斯托克斯（Stokes）公式。场论初步（场的概念、梯度场、散度场、旋度场、管量场与有势场）。楔积、微分形式、外微分与一般斯托克斯公式*。注1：本单元最后的*号部分仅作形式的处理。注2：为了与数学分析其它分支联系的更紧密，我们建议主要介绍康托尔的基本序列说，对戴德金德分割说仅介绍其大意。《数学分析3》教案授课时间2006.9.12第1次课授课章节第十五章第一节任课教师及职称姜子文、教授教学方法与手段讲授课时安排3华东师范大学主编《数学分析（上、下册）》（第三版），高等教育出版社20XX年版吴良森等编著《数学分析学习指导书》（上、下册），高等教育出版社20XX年版马顺业编著《数学分析研究》，山东大学出版社1996年版刘玉琏等编著《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），高等教育出版社1982年版教学目的与要求：1.明确认识三角级数的产生及有关概念；2.理解以为周期的函数的Fourier级数的有关概念、定义和收敛定理.教学重点，难点：重点:将一个函数展开成Fourier级数；难点:Fourier级数的收敛性的判别.教学内容：一、傅立叶级数1．三角级数三角级数的定义形如SKIPIF1<0的函数项级数称为三角级数，它是由三角函数列（也称为三角函数系）SKIPIF1<0所产生的函数项级数.注：是由三角函数列（或三角函数系）SKIPIF1<0所产生的函数项级数一般形式SKIPIF1<0，之所以表示为为SKIPIF1<0，是为了讨论该级数一致收敛时系数SKIPIF1<0与其和函数之间关系表述方便.《数学分析3》教案三角级数的应用背景在自然界中周期现象是很多的，如单摆运动、无线电波等，都可以用周期函数——正、余弦函数来表示，这是因为周期现象的数学描述就是周期函数.但是较复杂的周期现象如热传导、电流传播、机械振动等不仅需要正、余弦函数表示，而且需要很多以至于无穷多个正、余弦函数叠加来表示，这在数学上就是将周期函数展开成无穷多个正、余弦函数之和的问题.因此要研究由三角函数列所产生的级数即三角级数，特别必须研究由一个函数做出的三角级数即傅立叶级数.2．正交函数系定义设函数SKIPIF1<0与SKIPIF1<0定义于区间SKIPIF1<0上.若有SKIPIF1<0，且SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则称函数SKIPIF1<0与SKIPIF1<0定义于区间SKIPIF1<0上是正交的.若定义于区间SKIPIF1<0上的函数列SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0（SKIPIF1<0），且SKIPIF1<0，则称函数列SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上具有正交性，或称函数列SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上是正交函数系.例如，三角函数系SKIPIF1<0是区间SKIPIF1<0上的正交函数系.事实上，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0（SKIPIF1<0），SKIPIF1<0（SKIPIF1<0），SKIPIF1<0，而SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.容易看出，三角函数系SKIPIF1<0中所有函数具有共同周期SKIPIF1<0，故容易验证若三角级数SKIPIF1<0收敛，则它的和函数一定是一个以SKIPIF1<0为周期的函数.3．三角级数收敛定理及其性质定理15.1若级数SKIPIF1<0收敛，则三角级数SKIPIF1<0在整个数轴上绝对收敛且一致收敛.证明：利用优级数判别法.性质：定理15.2若在整个数轴上SKIPIF1<0且等式右边级数一致收敛，则则有如下关系式：SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，《数学分析3》教案SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.证明：利用一致收敛函数项级数的逐项可积性、第十三章第一节习题4、三角函数系的正交性即可.二、以SKIPIF1<0为周期的函数的傅立叶级数1．傅立叶级数的定义设SKIPIF1<0是SKIPIF1<0上以SKIPIF1<0为周期的函数，且SKIPIF1<0在SKIPIF1<0上可积，称形如SKIPIF1<0的函数项级数为SKIPIF1<0的傅立叶级数(或SKIPIF1<0的傅立叶展开式)，其中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0称为SKIPIF1<0的傅立叶系数，记为SKIPIF1<0.注：1）在未讨论收敛性，即证明SKIPIF1<0一致收敛到SKIPIF1<0之前，不能将“~”改为“=”；此处“~”也不包含“等价”之意，而仅仅表示SKIPIF1<0是SKIPIF1<0的傅立叶级数，或者说SKIPIF1<0的傅立叶级数是SKIPIF1<0.2)求SKIPIF1<0上SKIPIF1<0的傅立叶级数，只需求出傅立叶系数.例1设SKIPIF1<0是以SKIPIF1<0为周期的函数，其在SKIPIF1<0上可表示为SKIPIF1<0,求SKIPIF1<0的傅立叶展开式.三、收敛定理1．按段光滑的定义设函数SKIPIF1<0定义于区间SKIPIF1<0上.若函数SKIPIF1<0在SKIPIF1<0上至多有有限个第一类间断点，其导函数在SKIPIF1<0上除了至多有限个点外都存在且连续，在这有限个点上导函数的左、右极限存在，则称SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上按段光滑.（注：导函数的间断点只能是第二类间断点.）《数学分析3》教案注：区间SKIPIF1<0上的按段光滑函数SKIPIF1<0具有性质：（1）SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积.（2）SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上没一点都存在左右极限SKIPIF1<0，且有SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.（3）补充定义SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上那些至多有限个不存在点上的值后（仍记为SKIPIF1<0），则SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积.2．收敛定理定理15.3以SKIPIF1<0为周期的函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上按段光滑，则在每一点SKIPIF1<0SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的傅立叶系数SKIPIF1<0收敛于SKIPIF1<0在点SKIPIF1<0的左、右极限的算术平均值，即SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的傅立叶系数.(证明放到以后进行)推论若函数SKIPIF1<0是以SKIPIF1<0为周期的连续函数，且在区间SKIPIF1<0上按段光滑，则SKIPIF1<0的傅立叶级数在SKIPIF1<0上收敛于SKIPIF1<0.注：3）计算SKIPIF1<0的傅立叶系数的积分也可以沿别的长度为SKIPIF1<0的区间来积.如SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0例2设SKIPIF1<0是以SKIPIF1<0为周期的函数，其在SKIPIF1<0上等于SKIPIF1<0，求SKIPIF1<0的傅立叶级数.注：4)在具体讨论函数的傅立叶级数展开式时，通常只给出SKIPIF1<0在长为SKIPIF1<0的区间上的解析表达式，例如在SKIPIF1<0上的解析表达式，此时我们应对SKIPIF1<0作解析延拓，即定义SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，使其以SKIPIF1<0为周期，它有下述性质：a)SKIPIF1<0时，SKIPIF1<0；b)SKIPIF1<0以SKIPIF1<0为周期.因此SKIPIF1<0的傅立叶级数就是指SKIPIF1<0的傅立叶级数.例3把函数SKIPIF1<0展开为Fourier级数.《数学分析3》教案解参阅例1,有SKIPIF1<0例4展开函数SKIPIF1<0.解SKIPIF1<0；SKIPIF1<0.SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0函数SKIPIF1<0在SKIPIF1<0上连续且按段光滑,又SKIPIF1<0，因此有SKIPIF1<0.(倘令SKIPIF1<0,就有SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0)例5在区间SKIPIF1<0内把函数SKIPIF1<0展开成Fourier级数.练习1（2）（i）解法一(直接展开)SKIPIF1<0；SKIPIF1<0.SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0.SKIPIF1<0函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0内连续且按段光滑,因此有SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.《数学分析3》教案由于SKIPIF1<0,SKIPIF1<0该展开式在SKIPIF1<0上成立.(在该展开式中,取SKIPIF1<0，得SKIPIF1<0SKIPIF1<0;取SKIPIF1<0,得SKIPIF1<0SKIPIF1<0.)解法二(间接展开:对例3中SKIPIF1<0的展开式作积分运算)由例3,在区间SKIPIF1<0内有SKIPIF1<0.对该式两端积分,由Fourier级数可逐项积分,有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0.为求得SKIPIF1<0,上式两端在SKIPIF1<0上积分,有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0因此,SKIPIF1<0SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.注：若题目中给定的函数只是在长度为SKIPIF1<0的区间上，解题时一定要先延拓，再按收敛定理判断傅立叶级数是否收敛，然后进行展开.做到一定程度以后，可以不用延拓，直接先判断函数是否按段光滑，即傅立叶级数是否收敛，然后进行展开.《数学分析3》教案复习思考题、作业题：1（1），2（2），3（1），7（1），8下次课预习要点15.2以SKIPIF1<0为周期的函数的傅立叶级数实施情况及教学效果分析完成教学内容。通过本次教学，学生对本次课讲授的知识基本掌握，反映良好。学院审核意见学院负责人签字年月日《数学分析3》教案授课时间2006.9.14第2次课授课章节第十五章第二节任课教师及职称姜子文、教授教学方法与手段讲授课时安排3华东师范大学主编《数学分析（上、下册）》（第三版），高等教育出版社20XX年版吴良森等编著《数学分析学习指导书》（上、下册），高等教育出版社20XX年版马顺业编著《数学分析研究》，山东大学出版社1996年版刘玉琏等编著《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），高等教育出版社1982年版教学目的与要求：(1)掌握以SKIPIF1<0为周期的函数的傅里叶级数展开的基本方法．(2)掌握通过对函数做奇延拓或偶延拓并展开为正弦级数或余弦级数的基本方法．教学重点，难点：重点:将一个以SKIPIF1<0为周期的函数展开成Fourier级数；难点:理解将一个函数展开为正弦级数或余弦级数.教学内容：一.以SKIPIF1<0为周期的函数的Fourier级数:设函数SKIPIF1<0以SKIPIF1<0为周期,在区间SKIPIF1<0上(R)可积.作代换SKIPIF1<0,则函数SKIPIF1<0以SKIPIF1<0为周期.由SKIPIF1<0是线性函数,SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上(R)可积.函数SKIPIF1<0的Fourier系数为SKIPIF1<0,SKIPIF1<0，SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0《数学分析3》教案还原为自变量SKIPIF1<0,注意到SKIPIF1<0,就有SKIPIF1<0SKIPIF1<0其中SKIPIF1<0,SKIPIF1<0，SKIPIF1<0,SKIPIF1<0,当函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上按段光滑时,SKIPIF1<0可展开为Fourier级数.注三角函数系SKIPIF1<0是区间SKIPIF1<0上的正交函数系.例1

把函数SKIPIF1<0展开成Fourier级数.P72例1二.正弦级数和余弦级数:1.

区间SKIPIF1<0上偶函数和奇函数的Fourier级数:设函数SKIPIF1<0以SKIPIF1<0为周期的偶函数，或是定义于SKIPIF1<0上的偶函数，则SKIPIF1<0的傅立叶级数为SKIPIF1<0～SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.同理，设函数SKIPIF1<0以SKIPIF1<0为周期的奇函数，或是定义于SKIPIF1<0上的齐函数，则SKIPIF1<0的傅立叶级数为SKIPIF1<0～SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.《数学分析3》教案特别，SKIPIF1<0时有SKIPIF1<0～SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.2.

奇展开和偶展开:在实际应用中，有时需把定义在SKIPIF1<0（或SKIPIF1<0）上的函数SKIPIF1<0展开成余弦级数或正弦级数.可先把定义在SKIPIF1<0（或SKIPIF1<0）上的函数作偶式延拓或作齐式延拓到SKIPIF1<0（或SKIPIF1<0）上，然后求延拓后函数的傅立叶级数.也可不必做延拓，直接按公式SKIPIF1<0～SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0或SKIPIF1<0～SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0直接计算出SKIPIF1<0的傅立叶系数和傅立叶级数.把定义在SKIPIF1<0（或SKIPIF1<0）上的函数SKIPIF1<0展开成余弦级数或正弦级数通常称为偶展开和奇展开.例2

设SKIPIF1<0.求SKIPIF1<0的Fourier级数展开式.P74例2例3

把定义在SKIPIF1<0上的函数SKIPIF1<0（其中之一SKIPIF1<0)展开成正弦级数.例4

把函数SKIPIF1<0在SKIPIF1<0内展开成:1）正弦级数;2）余弦级数.P76例4

《数学分析3》教案复习思考题、作业题：1（1）、（2），2，4，5，6.下次课预习要点15.3收敛定理的证明实施情况及教学效果分析完成教学内容。通过本次教学，学生对本次课讲授的知识基本掌握，反映良好。学院审核意见学院负责人签字年月日《数学分析3》教案授课时间2006.9.19第3次课授课章节第十五章第三节任课教师及职称姜子文、教授教学方法与手段讲授课时安排3华东师范大学主编《数学分析（上、下册）》（第三版），高等教育出版社20XX年版吴良森等编著《数学分析学习指导书》（上、下册），高等教育出版社20XX年版马顺业编著《数学分析研究》，山东大学出版社1996年版刘玉琏等编著《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），高等教育出版社1982年版教学目的与要求：(1)掌握贝塞尔不等式，黎曼-勒贝格定理；了解收敛定理的证明要点．(2)理解收敛定理的证明．教学重点，难点：重点:贝塞尔不等式，黎曼-勒贝格定理、预备定理2.难点:收敛定理的证明.教学内容：定理15.3（Dini定理）以SKIPIF1<0为周期的函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上按段光滑，则在每一点SKIPIF1<0SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的傅立叶系数SKIPIF1<0收敛于SKIPIF1<0在点SKIPIF1<0的左、右极限的算术平均值，即SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的傅立叶系数.证明思路:设SKIPIF1<0SKIPIF1<0，对每一点SKIPIF1<0SKIPIF1<0，我们要证明SKIPIF1<0SKIPIF1<0.即证明《数学分析3》教案SKIPIF1<0SKIPIF1<0.方法是把该极限表达式化为积分,利用Riemann—Lebesgue定理证明相应积分的极限为零.施证方案:1.

写出SKIPIF1<0的简缩形式.称这一简缩形式为SKIPIF1<0的积分形式,或称为Dirichlet积分,即SKIPIF1<0.利用该表示式,式SKIPIF1<0可化为SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0,于是把问题归结为证明SKIPIF1<0SKIPIF1<0,和SKIPIF1<0SKIPIF1<0.《数学分析3》教案这两式的证明是相同的,只证第一式.

2.为证上述第一式,先利用三角公式SKIPIF1<0建立所谓Dirichlet积分SKIPIF1<0,利用该式把SKIPIF1<0表示为积分,即把SKIPIF1<0表示为Dirichlet积分SKIPIF1<0SKIPIF1<0.于是又把上述1中所指的第一式左端化为SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0.3.利用所谓Riemann—Lebesgue定理证明上述极限为零.为此,先证明Bessel不等式(P78预备定理1),再建立Riemann—Lebesgue定理.4.把上式化为应用Riemann—Lebesgue定理的形式,即令SKIPIF1<0，SKIPIF1<0,《数学分析3》教案则SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0.为使最后这一极限等于零,由Riemann—Lebesgue定理,只要函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积.因此希望SKIPIF1<0存在.由函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上按段光滑,可以验证SKIPIF1<0存在.预备定理及其推论:为实施以上证明方案,我们先建立以下预备定理和其推论.预备定理1(Bessel不等式)若函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积,则有Bessel不等式SKIPIF1<0SKIPIF1<0,其中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的傅立叶系数.

证P78.推论1(Riemann—Lebesgue定理)若函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积,则有SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.证P79.推论2若函数SKIPIF1<0在区间SKIPIF1<0上可积,则有SKIPIF1<0,SKIPIF1<0.证P79.

预备定理2若函数SKIPIF1<0是以SKIPIF1<0为周期的周期函数,且在区间SKIPIF1<0上可积,则函数SKIPIF1<0的Fourier级数部分和SKIPIF1<0有积分表示式《数学分析3》教案SKIPIF1<0.当SKIPIF1<0时,被积函数中的不定式由极限SKIPIF1<0来确定.Dirichlet积分:SKIPIF1<0.证由三角公式SKIPIF1<0,SKIPIF1<0SKIPIF1<0.

Dini定理的证明:P81—82.

《数学分析3》教案复习思考题、作业题：1Fourier级数与三角级数的区别与联系.2设可积函数的Fourier级数在区间上一致收敛于,则成立Parseval等式.下次课预习要点16.1平面点集与多元函数实施情况及教学效果分析完成教学内容。通过本次教学，学生对本次课讲授的知识基本掌握，反映良好。学院审核意见学院负责人签字年月日《数学分析3》教案授课时间2006.9.21第4次课授课章节第十六章第一节任课教师及职称姜子文、教授教学方法与手段讲授课时安排3华东师范大学主编《数学分析（上、下册）》（第三版），高等教育出版社20XX年版吴良森等编著《数学分析学习指导书》（上、下册），高等教育出版社20XX年版马顺业编著《数学分析研究》，山东大学出版社1996年版刘玉琏等编著《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），高等教育出版社1982年版教学目的与要求：1了解平面中的邻域，开集，闭集，开域，闭域的定义2了解SKIPIF1<0的完备性教学重点，难点：重点：平面中的邻域，开集，闭集，开域，闭域的定义难点：掌握SKIPIF1<0的完备性定理教学内容：§1平面点集与多元函数在前面各章中，我们所讨论的函数都只限于一个自变量的函数，简称一元函数.但是在更多的问题中所遇到的是多个自变量的函数.例如，矩形的面积SKIPIF1<0，描述了面积SKIPIF1<0和长SKIPIF1<0、宽SKIPIF1<0这两个变量之间的函数关系.又如，烧热的铁块中每一点的温度SKIPIF1<0与该点的位置之间有着确定的函数关系，即当铁块中点的位置用坐标SKIPIF1<0表示时，温度SKIPIF1<0由SKIPIF1<0这三个变量所确定.如果进一步考虑上述铁块的冷却过程，那么温度SKIPIF1<0还与时间SKIPIF1<0有关，即SKIPIF1<0的值由SKIPIF1<0这四个变量所确定.这种两个、三个或四个自变量的函数，分别称为二元、三元或四元函数，一般统称为多元函数.多元函数是一元函数的推广，因此它保留着一元函数的许多性质，但也由于自变量由一个增加到多了，产生了某些新的内容，读者对这些内容尤其要加以注意.对于多元函数，我们将着重讨论二元函数.在掌握了二元函数的有关理论与研究方法之后，我们可以把它推广到一般的多元函数中去.一元函数的定义域是实数轴上的点集；二元函数的定义域将是坐标平面上的点集.因此，在讨论二元函数之前，有必要了解有关平面点集的一些基本概念.一平面点集由平面解析几何知道，当在平面上确定了一个坐标系（今后如不特别指出，都假定是直角坐标系）《数学分析3》教案之后，所有有序实数对SKIPIF1<0与平面上所有的点之间建立了一一对应.因此，今后将把“数对”与“平面上的点”这两种说法看作是完全等同的.这种确定了坐标系的平面,成为坐标平面.坐标平面上满足某种条件SKIPIF1<0的点的集合，称为平面点集,并记作SKIPIF1<0例如全平面上的点所组成的点集是SKIPIF1<0SKIPIF1<0平面上以原点为中心，SKIPIF1<0为半径的圆内所有的点的集合是SKIPIF1<0SKIPIF1<0而集合SKIPIF1<0SKIPIF1<0则为一矩形及其内部所有点的全体，为书写上的方便，也常把它记作SKIPIF1<0.平面点集SKIPIF1<0与SKIPIF1<0分别称为为以点SKIPIF1<0为中心的SKIPIF1<0圆邻域与SKIPIF1<0方邻域（图16-1）.由于点SKIPIF1<0的任一圆邻域可以包含在点SKIPIF1<0的某一方邻域之内（反之亦然），因此，通常用“点SKIPIF1<0的SKIPIF1<0邻域”或“点SKIPIF1<0的邻域”泛指这两种形状的邻域，并以记号SKIPIF1<0或SKIPIF1<0来表示，点SKIPIF1<0的空心邻域是指SKIPIF1<0或SKIPIF1<0并用记号SKIPIF1<0或SKIPIF1<0来表示.下面利用邻域来描述点和点集之间的关系.任意一点SKIPIF1<0与任意一个点集SKIPIF1<0之间必有以下三种关系之一：(i)内点—若存在点SKIPIF1<0的某邻域SKIPIF1<0，使得SKIPIF1<0，则称点SKIPIF1<0是点集SKIPIF1<0的内点；SKIPIF1<0的全体内点构成的集合成为SKIPIF1<0的内部，记作SKIPIF1<0.(ii)外点—若存在点SKIPIF1<0的某邻域SKIPIF1<0，使得SKIPIF1<0,则称SKIPIF1<0是点集SKIPIF1<0的外点.(iii)界点—若在点SKIPIF1<0的任何邻域内既含有属于SKIPIF1<0的点，又含有不属于SKIPIF1<0的点，则称SKIPIF1<0是集合SKIPIF1<0的界点.即对任何正数SKIPIF1<0，恒有《数学分析3》教案SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0是SKIPIF1<0关于全平面的余集,SKIPIF1<0的全体界点构成SKIPIF1<0的边界，记作SKIPIF1<0.SKIPIF1<0的内点必定属于SKIPIF1<0；SKIPIF1<0的外点必定不属于SKIPIF1<0；SKIPIF1<0的界点可能属于SKIPIF1<0，也可能不属于SKIPIF1<0.点SKIPIF1<0与点集SKIPIF1<0的上述关系是按“点SKIPIF1<0在SKIPIF1<0内或在SKIPIF1<0外”来区分的.此外，还可按在点SKIPIF1<0的近旁是否密集着SKIPIF1<0中无穷多个点而构成另一类关系：(i)聚点—若在点SKIPIF1<0的任何空心邻域SKIPIF1<0内都含有SKIPIF1<0中的点，则称SKIPIF1<0是SKIPIF1<0的聚点，聚点本身可能属于SKIPIF1<0，也可能不属于SKIPIF1<0.(ii)孤立点—若点SKIPIF1<0，但不是SKIPIF1<0的聚点，即存在某一正数SKIPIF1<0，使SKIPIF1<0，则称点SKIPIF1<0是SKIPIF1<0的孤立点.显然，孤立点一定是界点；内点和非孤立的界点一定是聚点；既不是聚点，又不是孤立点，则必为外点.例1设平面点集SKIPIF1<0.SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0的一切点都是SKIPIF1<0的内点；满足SKIPIF1<0的一切点是SKIPIF1<0的界点，它们都属于SKIPIF1<0；满足SKIPIF1<0的一切点也是SKIPIF1<0的界点，但它们都不属于SKIPIF1<0；点集SKIPIF1<0连同它外圆边界上的一切点都是SKIPIF1<0的聚点.根据点集中所属点的特征，我们再来定义一些重要的平面点集.开集—若平面点集所属的每一点都是SKIPIF1<0的内点（即SKIPIF1<0），则称SKIPIF1<0为开集.闭集—若平面点集SKIPIF1<0的所有聚点都属于SKIPIF1<0，则称SKIPIF1<0为闭集.若点集SKIPIF1<0没有聚点，这时也称SKIPIF1<0为闭集.在前面列举的平面点集中，(2)所表示的点集SKIPIF1<0是开集；(3)所表示的点集SKIPIF1<0是闭集；(4)所表示的点集SKIPIF1<0既非开集，有非闭集；而且(1)所表示的点集SKIPIF1<0既是开集又是闭集.此外，还约定SKIPIF1<0既是开集又是闭集.可以证明，在一切平面点集中，只有SKIPIF1<0与SKIPIF1<0是既开又闭的点集.开域—若非空开集SKIPIF1<0具有连通性，即SKIPIF1<0中任意两点之间都可用一条完全含于SKIPIF1<0的有限折线（由有限条直线段连接而成的折线）相连接，则称SKIPIF1<0为开域（或称连通开集）.闭域—开域连同其边界所成的点集称为闭域.区域—开域、闭域、或者开域连同其边界点所成的点集，统称为区域.在上述诸例中，(2)是开域，(3)是闭域，(1)既是开域又是闭域.又如SKIPIF1<0SKIPIF1<0虽然是开集，但因SKIPIF1<0象限之间不具有连通性，所以它不是开域，也不是区域.有界点集—对于平面点集SKIPIF1<0，若存在某一正数SKIPIF1<0，使得SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0是坐标原点（也可以是其他固定点），则称SKIPIF1<0是有界点集.否则就是无界点集.上述(2)、(3)、(4)都是有界点集，(1)、(5)则是无界点集.《数学分析3》教案SKIPIF1<0为有界点集的另一个等价说法是：存在矩形区域SKIPIF1<0.点集的有界性还可用点集的直径来反映，所谓点集SKIPIF1<0的直径，就是SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0表示SKIPIF1<0与SKIPIF1<0两点之间的距离，当SKIPIF1<0的坐标分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0时，则SKIPIF1<0于是，当且仅当SKIPIF1<0为有限值时SKIPIF1<0是有界点集.根据距离概念，读者不难证明如下的三角形不等式，即对SKIPIF1<0上任何三点SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，皆有SKIPIF1<0二SKIPIF1<0上的完备性定理反映实数系完备性的几个等价定理，构成了一元函数极限理论的基础.现在把这些定理推广到SKIPIF1<0，它们同样是二元函数极限理论的基础.为此，先给出平面点列的收敛性概念.定义1设SKIPIF1<0为平面点列,SKIPIF1<0为一固定点.若对任给的正数SKIPIF1<0，存在正整数SKIPIF1<0，使得当SKIPIF1<0时，有SKIPIF1<0，则称点列SKIPIF1<0收敛于点SKIPIF1<0,记作SKIPIF1<0或SKIPIF1<0.在坐标平面中，以SKIPIF1<0与SKIPIF1<0分别表示SKIPIF1<0与SKIPIF1<0时，SKIPIF1<0显然等价于SKIPIF1<0.同样地，当以SKIPIF1<0表示点SKIPIF1<0与SKIPIF1<0之距离时SKIPIF1<0，也就等价于SKIPIF1<0.由于点列极限这两种等价形式都是数列极限，因此立即得到下述关于平面点列的收敛原理.定理16.1(柯西准则)平面点列SKIPIF1<0收敛的充要条件是：任给正数SKIPIF1<0，存在正整数SKIPIF1<0，使得当SKIPIF1<0时，对一切正整数SKIPIF1<0，都有SKIPIF1<0（6）证[必要性]设SKIPIF1<0，则由三角不等式SKIPIF1<0及点列收敛定义，对所给SKIPIF1<0，存在正整数SKIPIF1<0，当SKIPIF1<0（也有SKIPIF1<0）时，恒有《数学分析3》教案SKIPIF1<0，SKIPIF1<0应用三角形不等式，立刻得到（6）式.[充分性]当（6）式成立时，则同时有SKIPIF1<0SKIPIF1<0这说明数列SKIPIF1<0和SKIPIF1<0都满足柯西收敛准则（定理2.10），所以它们都收敛.设SKIPIF1<0.从而由点列收敛概念推得SKIPIF1<0收敛于点SKIPIF1<0（本节习题5）.定理16.2(闭域套定理)设SKIPIF1<0是SKIPIF1<0中的闭域列，它满足；(i)SKIPIF1<0(ii)SKIPIF1<0则存在惟一的点SKIPIF1<0证任取点列SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0,因此SKIPIF1<0,从而有(图16-2)SKIPIF1<0由定理16.1知道存在SKIPIF1<0,使得SKIPIF1<0.任意取定SKIPIF1<0，对任何正整数SKIPIF1<0有SKIPIF1<0再令SKIPIF1<0，由于SKIPIF1<0是闭域，从而必定是闭集(本节习题4).因此SKIPIF1<0作为SKIPIF1<0的聚点必定属于SKIPIF1<0，即SKIPIF1<0最后证明SKIPIF1<0的惟一性.若还有SKIPIF1<0则由SKIPIF1<0得到SKIPIF1<0即SKIPIF1<0闭域套定理显然是SKIPIF1<0中闭区间套定理(定理7.1)的直接推广.定理16.3(聚点定理)设SKIPIF1<0为有界无限点集，则SKIPIF1<0在SKIPIF1<0中至少有一个聚点.证现用闭域套定理来证明.由于SKIPIF1<0是平面有界集合，因此存在一个闭正方形SKIPIF1<0包含它.连接正方形对边中点，把SKIPIF1<0分成四个小的闭正方形，则在这四个小闭正方形中，至少有一个小闭正方形含有SKIPIF1<0中无限多个点.《数学分析3》教案记这个小闭正方形为SKIPIF1<0.再对正方形SKIPIF1<0如上法分成四个更小的闭正方形，其中又至少有一个小闭正方形含有SKIPIF1<0的无限多个点.如此下去得到一个闭正方形序列(图16-3)：SKIPIF1<0容易看到这个闭正方形序列SKIPIF1<0的边长随着SKIPIF1<0趋向于无限而趋向于零.于是由闭域套定理，存在一点SKIPIF1<0现在证明SKIPIF1<0就是SKIPIF1<0的聚点.任取SKIPIF1<0的SKIPIF1<0邻域SKIPIF1<0，当SKIPIF1<0充分大之后，正方形的边长可小于SKIPIF1<0，即有SKIPIF1<0.又由SKIPIF1<0的取法知道SKIPIF1<0中含有SKIPIF1<0的无限多个点，这就表明SKIPIF1<0是SKIPIF1<0的聚点.推论有界无限点列SKIPIF1<0必存在收敛子列SKIPIF1<0.证明可仿照SKIPIF1<0中的相应命题(定理7.2推论)定理16.4(有限覆盖定理)设SKIPIF1<0为一有界闭域，SKIPIF1<0为一开域族，它覆盖了SKIPIF1<0(即SKIPIF1<0),则在SKIPIF1<0中必存在有限个开域SKIPIF1<0，它们同样覆盖了SKIPIF1<0(即SKIPIF1<0).本定理的证明与SKIPIF1<0中的有限覆盖定理(定理7.3)相仿，在此从略.在更一般的情况下，可将定理16.4中的SKIPIF1<0改设为有界闭集，而SKIPIF1<0为一族开集，此时定理结论依然成立.《数学分析3》教案复习思考题、作业题：1(1)(3)(5)(7)，3下次课预习要点16.2二元函数的极限实施情况及教学效果分析完成教学内容。通过本次教学，学生对本次课讲授的知识基本掌握，反映良好。学院审核意见学院负责人签字年月日《数学分析3》教案授课时间2006.9.26第5次课授课章节第十六章第一节第二节任课教师及职称姜子文、教授教学方法与手段讲授课时安排3华东师范大学主编《数学分析（上、下册）》（第三版），高等教育出版社20XX年版吴良森等编著《数学分析学习指导书》（上、下册），高等教育出版社20XX年版马顺业编著《数学分析研究》，山东大学出版社1996年版刘玉琏等编著《数学分析讲义》（第三版）（上、下册），高等教育出版社1982年版教学目的与要求：（1）掌握二元及多元函数的定义（2）掌握二元函数的极限的定义（3）熟悉判别极限存在性的基本方法．教学重点，难点：重点：二元函数的极限的定义难点：判别极限存在性的方法教学内容：三二元函数函数(或映射)是两个集合之间的一种确定的对应关系.实数集到实数集的映射是一元函数，现在定义二元函数.定义2设平面点集SKIPIF1<0，若按照某种对应法则SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中每一点SKIPIF1<0都有惟一确定的实数SKIPIF1<0与之对应，则称SKIPIF1<0为定义在SKIPIF1<0上的二元函数(或称SKIPIF1<0为SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的一个映射)，记作SKIPIF1<0SKIPIF1<0(7)且称SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的定义域；SKIPIF1<0所对应的SKIPIF1<0为SKIPIF1<0在点SKIPIF1<0的函数值，记作SKIPIF1<0或SKIPIF1<0；全体函数值的集合为SKIPIF1<0的值域，记作SKIPIF1<0.通常还把SKIPIF1<0的坐标SKIPIF1<0与SKIPIF1<0称为SKIPIF1<0的自变量，而把SKIPIF1<0称为因变量.在映射意义下，上述SKIPIF1<0称为SKIPIF1<0的象，SKIPIF1<0称为SKIPIF1<0的原象.当把SKIPIF1<0和它对应的象《数学分析3》教案SKIPIF1<0一起组成三维数组SKIPIF1<0时，三维欧氏空间SKIPIF1<0中的点集SKIPIF1<0便是二元函数SKIPIF1<0的图象.通常SKIPIF1<0的图象是一空间曲面，SKIPIF1<0的定义域SKIPIF1<0便是该曲面在SKIPIF1<0平面上的投影.为方便起见，由(7)式所确定的二元函数也记作SKIPIF1<0或SKIPIF1<0且当它的定义域SKIPIF1<0不会被误解的情况下，也简单地说“函数SKIPIF1<0”或“函数SKIPIF1<0”.例2函数SKIPIF1<0的图象是SKIPIF1<0中的一个平面，其定义域是SKIPIF1<0，值域是SKIPIF1<0.例3函数SKIPIF1<0的定义域是SKIPIF1<0平面上的单位圆域SKIPIF1<0，值域为区间SKIPIF1<0，它的图象是以原点为中心的单位球面的上半部分(图16-4).例4SKIPIF1<0是定义在整个SKIPIF1<0平面上的函数，它的图象是过原点的双曲抛物面(图16-5).例5SKIPIF1<0是定义在SKIPIF1<0上的函数，值域是全体非负整数，它的图形如图16-6所示.若二元函数的值域是有界数集，则称该函数为有界函数，如例3中函数；若值域是无界数集，则称该函数为无界函数，如例2、4、5中的函数.四SKIPIF1<0元函数所有SKIPIF1<0个有序实数组SKIPIF1<0的全体称为SKIPIF1<0维向量空间，简称SKIPIF1<0维空间，记作SKIPIF1<0.其中每个有序实数组SKIPIF1<0称为SKIPIF1<0中的一个点；SKIPIF1<0个实数SKIPIF1<0是这个点的坐标.设SKIPIF1<0为SKIPIF1<0中的点集，若有某个对应法则SKIPIF1<0，使SKIPIF1<0中每一点SKIPIF1<0，都有惟一的一个实数SKIPIF1<0与之对应，则称SKIPIF1<0为定义在SKIPIF1<0上的SKIPIF1<0元函数(或称SKIPIF1<0为SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的一个映射)，记作SKIPIF1<0SKIPIF1<0(8)也常把SKIPIF1<0