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考研数学常用公式速查

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一、导数

函数 $f(x)$ 导数 $f'(x)$
$C$ (常数) $0$
$x^a$ $ax^{a-1}$
$a^x$ $a^x \ln a$
$e^x$ $e^x$
$\log_a x$ $\frac{1}{x \ln a}$
$\ln x$ $\frac{1}{x}$
$\sin x$ $\cos x$
$\cos x$ $-\sin x$
$\tan x$ $\sec^2 x$
$\cot x$ $-\csc^2 x$
$\sec x$ $\sec x \tan x$
$\csc x$ $-\csc x \cot x$
$\arcsin x$ $\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}$
$\arccos x$ $-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}$
$\arctan x$ $\frac{1}{1+x^2}$
$arccot x$ $-\frac{1}{1+x^2}$

二、积分

1. 基本积分表

  • $\int k \, dx = kx + C$

  • $\int x^a \, dx = \frac{x^{a+1}}{a+1} + C \quad (a \neq -1)$

  • $\int \frac{1}{x} \, dx = \ln|x| + C$

  • $\int a^x \, dx = \frac{a^x}{\ln a} + C$

  • $\int e^x \, dx = e^x + C$

2. 三角函数积分

  • $\int \cos x \, dx = \sin x + C$

  • $\int \sin x \, dx = -\cos x + C$

  • $\int \sec^2 x \, dx = \tan x + C$

  • $\int \csc^2 x \, dx = -\cot x + C$

  • $\int \tan x \, dx = -\ln|\cos x| + C$

  • $\int \cot x \, dx = \ln|\sin x| + C$

  • $\int \sec x \, dx = \ln|\sec x + \tan x| + C$

  • $\int \csc x \, dx = \ln|\csc x - \cot x| + C$

3. 重要高阶/根式积分

  • 平方和/差类型 (生成反三角函数):

    • $\int \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}} \, dx = \arcsin \frac{x}{a} + C$

    • $\int \frac{1}{a^2+x^2} \, dx = \frac{1}{a} \arctan \frac{x}{a} + C$

    • $\int \frac{1}{a^2-x^2} \, dx = \frac{1}{2a} \ln \left| \frac{a+x}{a-x} \right| + C$

  • “长对数”类型:

    • $\int \frac{1}{\sqrt{x^2+a^2}} \, dx = \ln(x + \sqrt{x^2+a^2}) + C$

    • $\int \frac{1}{\sqrt{x^2-a^2}} \, dx = \ln|x + \sqrt{x^2-a^2}| + C$

  • 复杂根式 (分部积分推导结果):

    • $\int \sqrt{x^2+a^2} \, dx = \frac{x}{2}\sqrt{x^2+a^2} + \frac{a^2}{2}\ln(x+\sqrt{x^2+a^2}) + C$
    • $\int \sqrt{x^2-a^2} \, dx = \frac{x}{2}\sqrt{x^2-a^2} - \frac{a^2}{2}\ln|x+\sqrt{x^2-a^2}| + C$
    • $\int \sqrt{a^2-x^2} \, dx = \frac{x}{2}\sqrt{a^2-x^2} + \frac{a^2}{2}\arcsin \frac{x}{a} + C$
  • 特殊技巧积分:

    • $\int \frac{1}{1+e^x} \, dx = x - \ln(1+e^x) + C$
    • $\int \sec^3 x \, dx = \frac{1}{2}\sec x \tan x + \frac{1}{2}\ln|\sec x + \tan x| + C$
    • $\int \csc^3 x \, dx = -\frac{1}{2}\csc x \cot x + \frac{1}{2}\ln|\csc x - \cot x| + C$

三、 三角函数公式

1. 基础恒等式

  • $\sin^2 x + \cos^2 x = 1$

  • $\tan^2 x + 1 = \sec^2 x$

  • $\cot^2 x + 1 = \csc^2 x$

  • $\arcsin x + \arccos x = \frac{\pi}{2}$

2. 倍角与半角公式 (降幂扩角)

  • 二倍角:

    • $\sin 2x = 2\sin x \cos x$

    • $\cos 2x = \cos^2 x - \sin^2 x = 2\cos^2 x - 1 = 1 - 2\sin^2 x$

  • 降幂公式:

    • $\sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}$

    • $\cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2}$

3. 和差化积与积化和差

和差化积:

  • $\sin \alpha + \sin \beta = 2\sin \frac{\alpha+\beta}{2} \cos \frac{\alpha-\beta}{2}$

  • $\sin \alpha - \sin \beta = 2\cos \frac{\alpha+\beta}{2} \sin \frac{\alpha-\beta}{2}$

  • $\cos \alpha + \cos \beta = 2\cos \frac{\alpha+\beta}{2} \cos \frac{\alpha-\beta}{2}$

  • $\cos \alpha - \cos \beta = -2\sin \frac{\alpha+\beta}{2} \sin \frac{\alpha-\beta}{2}$

积化和差:

  • $\sin \alpha \sin \beta = -\frac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta) - \cos(\alpha-\beta)]$

  • $\sin \alpha \cos \beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta) + \sin(\alpha-\beta)]$

  • $\cos \alpha \sin \beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta) - \sin(\alpha-\beta)]$

  • $\cos \alpha \cos \beta = \frac{1}{2}[\cos(\alpha+\beta) + \cos(\alpha-\beta)]$


四、 麦克劳林公式

  1. $\sin x = x - \frac{1}{6}x^3 + o(x^3)$

  2. $\arcsin x = x + \frac{1}{6}x^3 + o(x^3)$

  3. $\tan x = x + \frac{1}{3}x^3 + o(x^3)$

  4. $\arctan x = x - \frac{1}{3}x^3 + o(x^3)$

  5. $e^x = 1 + x + \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{6} + o(x^3)$

  6. $\cos x = 1 - \frac{1}{2}x^2 + \frac{1}{24}x^4 + o(x^4)$

  7. $\ln(1+x) = x - \frac{x^2}{2} + \frac{x^3}{3} + o(x^3)$

  8. $(1+x)^\alpha = 1 + \alpha x + \frac{\alpha(\alpha-1)}{2}x^2 + o(x^2)$


五、 反三角函数图像

  • $y = \arcsin x$: 定义域 $[-1, 1]$,值域 $[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$,单调递增,奇函数

  • $y = \arccos x$: 定义域 $[-1, 1]$,值域 $[0, \pi]$,单调递减,非奇非偶

  • $y = \arctan x$: 定义域 $(-\infty, +\infty)$,值域 $(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2})$,单调递增,奇函数

  • $y = arccot x$: 定义域 $(-\infty, +\infty)$,值域 $(0, \pi)$,单调递减。

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