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多变量微积分 I

多变量微积分 I

从三维空间、偏导数与梯度出发,学习多变量极值、二重积分、三重积分、坐标变换、向量场、线积分与格林定理入门,建立多维变化与累积建模能力。

多变量微积分 I:偏导数、重积分与向量场

多变量微积分把单变量微积分中的“变化率”和“累积量”推广到二维、三维乃至更高维空间。本课程从三维坐标、向量和多变量函数出发,学习偏导数、方向导数、梯度、线性近似、多变量极值、多重积分、坐标变换、向量场、线积分、曲面积分与积分定理,帮助学习者建立描述空间变化、区域累积和流动现象的核心语言。

课程承接微积分 I、微积分 II、解析几何与线性代数 I,也为微分方程、物理建模、机器学习、优化和工程计算打下基础。课程内容将参考 MIT 18.02SC、OpenStax Calculus Volume 3、UBC CLP-3 等多变量微积分课程与开放教材结构,不固定为 12 章,而是按知识主线组织为若干单元,后续可根据每章篇幅拆分或合并。

课程主线

  • 空间语言与多变量对象:三维坐标、向量、曲面、空间曲线。
  • 多变量函数的局部变化:偏导数、切平面、链式法则、梯度、优化。
  • 多维累积与坐标选择:二重积分、三重积分、极坐标、柱坐标、球坐标、Jacobian。
  • 向量场与积分定理:线积分、保守场、Green 定理、曲面积分、散度、旋度、Stokes 定理与散度定理。

详细编写大纲先保存在本地 we-learn/app/local/multivariable-calculus-i-partial-derivatives-multiple-integrals-vector-fields-outline.md,后续可按该大纲逐批生成章节内容并上传 CMS。


课程列表

01多变量微积分研究什么

02三维坐标、向量与空间几何

03曲面、二次曲面与坐标变换初识

04向量值函数与空间曲线

05多变量函数、定义域、图像与等值线

06多变量极限与连续

07偏导数:沿坐标方向看变化

08切平面、线性近似与全微分

09多变量链式法则与隐函数求导

10方向导数与梯度

11多变量极值与优化

12约束优化与拉格朗日乘子

13二重积分:从小矩形累加到曲面下体积

14一般区域上的二重积分与积分次序

15极坐标中的二重积分

16三重积分:空间区域中的累积

17柱坐标、球坐标与空间坐标变换

18变量替换与 Jacobian

19向量场:空间中每一点都有方向

20线积分:沿路径累加标量和向量

21保守场、势函数与路径无关

22Green 定理:平面区域的边界与内部

23曲面参数化与曲面积分

24散度、旋度与三维向量场

25Stokes 定理与 Divergence Theorem

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