高中数学必修一の拳乱笔记

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有些人早就学完了。

让人感慨,自己也应该是去年的这个时候开始学习组合数学的,但是现在已经忘了差不多了。

这下算是转进whk了?

提前学一点高中东西,恐怕对后面停课和OI,都是有帮助的吧。

1.集合

其实怎么说,这里的概念无论是初中数学还是平常OI做题都会涉及了解多多少少的一些,这里做一个总结归纳罢了、

1.1 集合

对于具有某种共通性质的事物,我们把他称为集合。其中的各个事物称之为元素

比如说,某个学校的全体成员称为一个集合。

然后定义:

  • 全体自然数的集合记为 N\mathbb{N}
  • 全体正整数的集合记为 N+,Z+\mathbb{N^+},\mathbb{Z^+}
  • 全体整数的集合记为 Z\mathbb{Z}
  • 全体有理数的集合记为 Q\mathbb{Q}
  • 全体实数的集合记为 R\mathbb{R}
  • 全体复数集合记为 C\mathbb{C}

对于上述的集合,我们可以用一个 + 表示取正的部分,用 - 表示取负的部分,用 * 代表剔除 00

比如说,Q+\mathbb{Q^+} 表示全体正有理数的集合,以及我们对正整数的定义。

这些集合我们称为数集


考虑继续定义。

对于普通的集合,我们就没有必要使用 \mathbb{} 进行标记了,\mathbb{} 只是用来区分数集。

对于集合 AA,如果有有限个,称为有限集,否则称 AA无限集,用 A|A| 表示集合 AA 中的元素个数,称为基数

对于空集,我们记为 \varnothing,显然 A=A=\varnothingA=0|A|=0 等价。

注意我们只讨论有限集、

1.2 从属关系

如果 aaAA 中的元素,我们称 aa 属于 AA,记为 aAa \in A,反之,我们称 aa 不属于 AA,记为a∉Aa \not\in A

可以把集合内所有数列出来表示集合,如 A={1,2,3}A=\{1,2,3\}。这种表示方式要求集合内数字不能重复。

如果元素较多,可以考虑这样一种方式,如 B={bbmod2=0}B=\{b|b \mod 2=0\} 表示所有的偶数。竖线前面表示元素,后面表示约束条件,这种表示方式可以重复,但是实际上会去重。

集合具有如下性质:

  • 确定性:元素是客观真实的。
  • 互异性:元素不重复,比如 {1,1,2}\{1,1,2\} 就不是一个合法的集合。由此延伸可重集
  • 无序性:我们认为 {1,2,3}\{1,2,3\}{1,3,2}\{1,3,2\} 是等价的。由此延伸出有序集

还是定义,若 a<ba<b

  • (a,b)(a,b) 表示 {xa<x<b}\{x|a<x<b\}[a,b][a,b] 表示 {xaxb}\{x|a \le x\le b\}。同理有 (a,b](a,b][a,b)[a,b)。我们定义 ((开区间,表示取不到当前的位置,]]闭区间,表示可以取到。

  • (a,+)(a,+∞) 表示 {xx>a}\{x|x>a\},用 (,a)(-∞,a) 表示 {xx<a}\{x|x<a\},其中 表示无穷

1.3 包含

有两个集合 A,BA,B

如果 AA 所有元素都在 BB 中,我们称 AABB 的子集,记为 ABA\subseteq BBAB \supseteq A,读作 AA 包含于 BBBB 包含 AA

如果 AA 中任意一个元素不在 BB 中,我们称 AA 不是 BB 的子集,记为 A⊈BA\not\subseteq B 或者B⊉AB \not\supseteq A

如果 ABA\subseteq BBB 至少有一个元素不在 AA 中,我们称 AABB 的真子集,记为 ABA\subset B 或者 BAB\supset A,读作 AA 真包含于 BBBB 真包含 AA

如果说 A⊈BA \not\subseteq BA=BA=B,我们称 AA 不是 BB的真子集,记为 A⊄BA \not\subset BB⊅AB\not\supset A

比如说,NZQRC\mathbb{N} \subseteq \mathbb{Z} \subseteq\mathbb{Q} \subseteq \mathbb{R} \subseteq \mathbb{C}

显然有 AAA \subseteq A(自反性),A⊄AA\not\subset A(反自反性)。

如果 ABA \subseteq BBCB \subseteq C,显然说明 ACA \subseteq C(传递性)。

如果说 ABA\subseteq BBAB\subseteq A,可以推出 A=BA=B(反对称性),这是判断集合相等的重要性质。

ABA\subseteq B 说明 BB 至少有 00 个元素不在 AA 中,BAB\subseteq A 说明了恰好为 00 个。

我们认为 \varnothing 是任何一个集合的子集。

1.4 并与交

给定两个集合 A,BA,B

C={xxAxB}C=\{x|x\in A \vee x \in B\}A,BA,B并集,记为 ABA∪B

C={xxAxB}C=\{x|x \in A \land x\in B\}A,BA,B交集,记为 ABA\cap B

比如,A={1,2,3},B={3,4,5}A=\{1,2,3\},B=\{3,4,5\}AB={1,2,3,4,5}A \cup B=\{1,2,3,4,5\}AB={3}A \cap B=\{3\}

显然,ABA,BA \cap B \subseteq A,BA,BABA,B\subseteq A \cup B,以及可以对 AA\varnothing 做出类似定义。

可以定义多个集合的交/并,如A1A2...An=i=1nAiA_1 \cup A_2 \cup...\cup A_n=\bigcup\limits_{i=1}^{n}A_i

同时,\cup\cap ,满足分配律。比如说,A (BC)=(AB)(BC)A\ \cup (B\cap C)=(A \cap B) \cup (B \cap C)

交满足结合律交换律,并也满足结合律交换律

1.5 差,补与对称差

称集合 C={xxAx∉B}C=\{x|x\in A\land x \not\in B\}AABB 的差,记为 ABA-BA\BA \backslash B,读作 AA 减/剔去 BB

比如说 A={1,2,3},B={2,4,5}A=\{1,2,3\},B=\{2,4,5\}AB={1,3}A-B=\{1,3\}BA={4,5}B-A=\{4,5\},发现 - 是没有交换律的。

为了简化研究,我们通常把一个集合叫为全集,记为 UU,所有集合都包含于 UU

UAU-AAA 的补集,记为 A\overline{A},显然 A=A\overline{\overline{A}}=A

对于集合 A,BA,B,记 AB=(AB)(BA)A△ B=(A-B) \cup(B-A),读为 AABB 的对称差。这是满足交换律的。

比如说 A={1,2,3},B={3,4,5}A=\{1,2,3\},B=\{3,4,5\},有 AB={1,2,4,5}A△B=\{1,2,4,5\}

德·摩根律:AB=AB\overline{A \cap B}=\overline{A}\cup\overline{B}AB=AB\overline{A \cup B}=\overline{A}\cap\overline{B}

它可以拓展到 nn 元,A1A2...An=A1A2...An\overline{A_1\cap A_2 \cap...\cap A_n}=\overline{A_1}\cup\overline{A_2}\cup ...\cup \overline{A_n}

2. 逻辑初步

2.1 命题

不错,就是我们初中学过的命题,是用来判断真假的,一般具备如下性质:完整的句子、陈述句、可以判断真假(当然未来能判断也行)。

如果命题为真,值为 11,否则为 00

如果一个命题不包含更小的子命题,则成为原子命题,通常用 p,q,rp,q,r 表示。

就比如说我们在做OI题的时候,一个题通常可以转化和简化到某个很显然的问题或者板子,这些板子就是原子命题,而需要简化的原问题就不是原子命题。

2.2 充分条件和必要条件

对于命题 p,qp,q,如果“pp 为真,那么 qq 为真”为真的话,我们认为 pp 可以推出 qq,记为 ppp\Rightarrow pqpq\Leftarrow p,称 ppqq 的充分条件qqpp 的必要条件

如果一个命题 ppqq 的充分条件,也是 qq 的必要条件(就是两者可以互推),那么说明 ppqq 的充分必要条件,简称充要条件,记为 p    qp \iff q

2.3 全称量词和存在性量词

对于一个集合 SS 和一个关于 xx 的命题 p(x)p(x),命题“对于所有 xSx \in Sp(x)p(x) 为真”可以记为 xS,p(x)∀ x \in S,p(x) 称为全称量词,这个命题叫做全称量词命题。

比如说,对于全体实数的平方都大于 00 可以记为 xR,x20∀ x \in \mathbb{R},x^2\ge 0 ,命题显然为真。

全称量词的关键词包括但不限于:所有,任意,全部,都。(表示全部的都是。)

对于一个集合 SS 和一个关于 xx 的命题 p(x)p(x),命题“存在一个 xSx \in Sp(x)p(x) 为真”,可以记为 xS,p(x)∃x\in S,p(x),其中 称为存在性量词,这个命题叫做存在性量词命题。

比如,存在一个实数的平方等于 00,就记为 xR,x2=0∃ x\in \mathbb{R},x^2=0,命题也为真,x=0x=0 时成立。

存在性量词的关键词包括但不限于:存在,有一个,至少一个。(表示合法解的数量大于 11 就是)。

全称量词命题反面就是存在性量词命题,即 ¬(xS,p(x))=xS,¬p(x)¬(∀ x\in S,p(x))=∃ x\in S,¬p(x)

同理,存在性量词命题反面就是全称量词命题,即¬(xS,p(x))=xS,¬p(x)¬(∃ x\in S,p(x))=∀x \in S,¬p(x)

比如说一个序列,找到一个等于 xx 的数的位置(存在性量词),反过来就是找到所有不是 xx 的数的位置(全称量词命题)。

其实也就是一种更为形式化的表达吧。

3. 一元二次方程

3.1 等式性质和不等式的性质

其实在解方程中一些很显然的性质,比如说同时减一个数,等式成立这样的性质,我们用严格的语言来刻画这些性质。

等式的性质:

  • a=aa=a。 (自反性)
  • a=ba=bb=ab=a。(对称性)
  • a=ba=bb=cb=c,那么 a=ca=c。(传递性)
  • a=ba=b,那么 a+c=b+ca+c=b+cac=bca-c=b-c
  • a=ba=b,那么 ac=bcac=bc,注意反过来不成立。(ac=bcac=bc 不能推出 a=ba=b)。
  • 如果 a=bc0a=b \land c\neq 0,有 ac=bc\frac{a}{c}=\frac{b}{c}。

在实数上也可以定义大小关系,若 ab>0a-b>0,那么 a>ba>b

可以从 a>ba>b 表示出其他不等式的关系,

  • a<b    b>aa<b \iff b>a
  • ab    ¬(a>b)a \le b \iff ¬(a>b)
  • ab    baa \ge b \iff b\le a
  • ab    a>ba<ba\neq b \iff a>b \lor a<b

等式和不等式都用来刻画数的性质,是具有类似性质的。

不等式的性质:

  • aaa \le a。 (自反性)
  • aba\le bbab\le a,则 a=ba=b(反对称性,感性看或者画数轴都可。)
  • aba\le bbcb\le c,则 aca\le c。(传递性)
  • a<aa <a 不成立。(反自反性)
  • a<ba<ba=ba=ba>ba>b,必然有一个会成立
  • a<ba<b,则 a+c<b+ca+c<b+cac<bca-c<b-c
  • a<ba<bc>0c>0,有 ac<bcac<bcac<bc\frac{a}{c}<\frac{b}{c}
  • a<ba<bc<0c<0,有 ac>bcac >bcac>bc\frac{a}{c}> \frac{b}{c}

3.2 基本不等式

4.函数

4.1 函数

4.2 函数的性质

4.3 指对幂函数

4.4 三角函数

4.4.1 任意角和弧度制

我们规定,一条射线逆时针方向(这条射线一般我们认为他水平)旋转,得到的角叫正角,反之绕逆时针,那就是负角,如果没有选择,那就是零角

旋转前的射线称为始边,旋转后的射线称为终边

左图就是一个 750°750\degree 角,右边是 210°,150°,660°210 \degree,-150\degree,-660 \degree 的角。

尽管 210°,150°210 \degree,-150 \degree终边重合,但他们并不是同一个角。

如果是这样定义的话,角度就不局限在 [0,360][0,360] 了,可以大力推广。

所有终边相同的角都差了整数个 360°360 \degree。这是显然的,因为这样两个角是重合的,只有一个角转了整数倍个 360°360 \degree 才有机会再次重合。

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