本教材编写的指导思想是: 无论问题的导入还是理论探讨,都遵循“自然而然”的原则,避免跳跃,尽量做到教材本身就是一条“连续而光滑的曲线”;紧紧抓住各主要概念、定理的几何背景,尽量用简单、朴实且生活化的语言、方法引出主要数学概念,揭示概念创建的原本思想过程,使其自然、朴实且顺理成章;尽量体现出“形”与“数”的完美结合,使学生读起来顺畅而又印象深刻;在这些基础之上再进行数学抽象,得出严格、精准的数学定义及结论.
本教材也做了一些不同于以往教材的探索性工作,在分段函数、函数的周期延拓、极限、定积分的几何应用、多元复合函数的导数、方向导数、拉格朗日乘数法、线性空间、向量空间、重积分、曲线积分、曲面积分等部分与通常的讲法相比多少都做了一些改变,同时注重分解与化解难点.例如:
(1) 极限内容是高等数学教学中公认的难点,如何使学生更好地理解ε-δ类极限定义(的内涵),理解用此类定义证明题目时的关键所在,是每个讲授高等数学教师所苦恼,且又没有多少好办法的一件事情.而整个高等数学体系又都是建立在极限(定义)基础之上,其重要性不言而喻.所以,使学生加深对极限定义的理解,是这门课程的基本要求.为此,本教材提前引入了无穷小概念,以特殊无穷小为标准尺,对极限证明题进行论证,以期由此衬托出极限定义的内涵,帮助学生对极限定义的进一步理解. 多年的教学实践证明,这种讲法对学生的确起到了帮助作用.
(2) 在掌握了不定积分与定积分的计算之后,其他所有积分计算问题的本质都是将其转换为定积分进行计算,而转换的关键在于积分区域的表达,所以,本教材将积分区域的表达问题贯穿始终. 例如,教材特别强调空间3种基本区域的表达,使多元函数积分的计算问题清晰明了,且在讲授空间解析几何时很自然地引入这些概念,使得三重积分的难点得以分解. 对于第一、二类曲线积分、曲面积分也是如此处理.
(3) 教材增加了极坐标系的相关内容,如极坐标系下常见函数的表达、常见区域的表达,使学生较为系统地了解掌握这些内容,为更好地学习、掌握重积分及曲面积分奠定了基础.
另外,也许由于历史原因,有些高等数学教材在许多基本概念的定义方面有些小问题,例如导数定义: 在一定条件下极限lim Δx→0f(x0+Δx)-f(x0)Δx存在时,称函数f(x)在x0点可导,记为f′(x0). 也即符号f′(x0)表示上述极限存在, 但又有“f′(x0)不存在”这样的提法. 本教材则避免了类似情况.
高等数学是人类逻辑思维、智慧的结晶,并非仅仅是各学科的“工具”,更为显然的是,将高等数学作为“工具”讲授与作为“智慧工具”讲授的感知差别是不言而喻的. 本教材在内容叙述方面顾及到了这一点,尽量做到使学生多想多练,引导学生通过对现象的分析、研究,自然而然地得到相关定理、性质,尽量剥去数学定理“抽象”、“云里雾里”的外衣,使学生变被动接受为主动创造与获取,同时也尽量避免教者将其作为单纯的“工具”讲授而使之变为“应试”教育的教材而丢弃“智慧”精髓.
另外,书中除“延伸阅读”用楷体排版外,还有个别例题、例题与定理的证明以及个别简短的补充内容也使用了楷体,这些内容可根据专业需求及课时数的多少选择取舍.
习题分为基本类习题与提高训练题. 基本类习题分为A, B类,习题选配紧扣教材内容与例题,难度渐变,避免偏、难、怪及技巧性要求过高的题目,使学生能够较为顺畅地完成作业而使得自信心得以建立,又能通过习题掌握教材内容所揭示的数学思想方法. 习题编入了概念性题目,主要目的是促使学生认真读书. A类习题为基本内容,B类习题略作引申(根据内容需要,个别节的习题无B类),以期满足不同学生及专业的需要. A, B类习题附有答案及提示. 每章所配的提高训练题基本取自历年高等数学考研题,根据题目所涉及的知识要求以及难易程度进行了编排,同时给出了答案与较为详尽的提示. 这部分习题仅供考研及数学爱好者参考,不作为教学要求.
全书分上、下册,共11章. 上册内容包括函数与极限、导数与微分、微分中值定理与导数应用、不定积分、定积分及其应用、微分方程. 下册内容包括空间解析几何、多元函数的微分法、重积分、曲线与曲面积分、无穷级数.
上、下册基本内容共需170学时左右,对于170学时左右的专业,习题可选择A类,再适当选一些B类习题;对于198学时或更多学时的专业,习题可同时选择A, B类,亦可选讲一些“延伸阅读”的内容.
几点说明与建议: (1)极限的ε-δ定义部分主要要求学生能够理解定义的内涵,提前引入无穷小的目的正在于此,并非强调对题目的新证法; (2)本教材的观点是: 多元函数积分计算的关键是积分区域的表达,所以对区域的表达应给予足够重视; (3)建议多用邻域符号.
在教材编写过程中,得到了学院领导、教务处、许多同行教师及研究生的鼎力相助,特别是由于笔者所教历届本科生的期望与热情鼓励,才使得笔者最终提笔,在此一并致谢. 但笔者深知水平实在有限,错误在所难免,恳望同行及读者批评指教,不胜感激!
编 者2012年5月