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高数笔记03：几何、物理应用

news 2026/1/22 22:18:10

图源：文心一言

本文是我学习高等数学几何、物理应用的一些笔记和心得，希望可以与考研路上的小伙伴一起努力上岸~~🥝🥝

第1版：查资料、画导图~🧩🧩

参考资料：《高等数学基础篇》武忠祥

📇目录

🦮思维导图

🐳向量代数

🐋数量积【数字】

🐋向量积【向量】

🐋混合积【数字】

🐳空间解析几何

🐋平面空间与直线

🐋曲面与空间曲线

🐳积分学的几何应用

🐋单积分、二重积分

🐋三重积分

🐋曲线积分

🐋曲面积分

🐋多元积分应用

🐳场论初步

🔚结语

🦮思维导图

🌸思维导图为整理武老师基础教材所列内容，时间关系有些仓促，请多包涵~
🌸博文后面会以大纲的形式复述一遍，面向复习，不会写得很详细，且可能有误；较为重要的内容有从网络找相关配图并给出大佬博文链接~

🐳向量代数
- 🐋数量积【数字】
  - 几何表示： $a\cdot b=|a||b|cos\theta$
  - 代数表示： $a\cdot b=a_xb_x+a_yb_y+a_zb_z$
  - 几何应用
    - 求夹角
    - 判定垂直
  图源：线性代数~数量积 - 知乎
- 🐋向量积【向量】
  - 几何表示
    - 模： $|a\times b|=|a||b|sin\theta$
    - 方向：右手法则
  - 代数表示：矩阵【首行基坐标，次行向量a的分量，尾行向量b的分量】
  图源：向量外积的坐标形式_向量外积的坐标表示-CSDN博客
  - 运算规律： $a\times b = -b\times a$ 【模不变，方向相反】
  - 几何应用
    - 求同时垂直于 a 和 b 的向量
    - 判定平行
    - 求以a和b为邻边的平行四边形的面积
  图源：向量的数量积与向量积 - 童趣PBL
- 🐋混合积【数字】
  - 几何表示： $(a bc)=(a\times b)\cdot c$
  - 代数表示：矩阵【首行向量a的分量，次行向量b的分量，尾行向量c的分量】
  图源：1272.　如何计算混合积?-高等数学-专业词典
  - 运算规律
    - 轮换对称性： $(abc)=(bca)=(cab)$
    - 交换变号： $(abc)=-(acb)$
    - 原理：矩阵交换1次行列变正负号
  - 几何应用
    - 求以a、b、c为邻边的平行六边体的面积
    - 求向量共面：(abc)=0【等式中任意两个向量平行，则3个向量必共面】
  图源：混合积的几何意义
🐳空间解析几何
- 🐋平面空间与直线
  - 概要
    - 平面方程
      一般式：
      $Ax+By+Cz+D=0$
      点法式：平面上1点(x0,y0,z0)和法线向量(A,B,C)表示直线
      $A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z0)=0$
      截距式：经过坐标轴的3个交点表示平面
      $x/a+y/b+z/c=1$
      
      图源：平面方程_百度百科 (baidu.com)
    - 直线方程
      一般式：2个平面的交线表示直线
      $\left\{\begin{matrix} A_1x+B_1y+C_1z+D_1=0 \\ A_2x+B_2y+C_2z+D_2=0 \end{matrix}\right.$
      对称式：直线上1点(x0,y0,z0)和方向向量(l,m,n)表示直线
      $\frac{x-x_0}{m}=\frac{y-y_0}{n}=\frac{z-z_0}{p}$
      参数式：直线上1点(x0,y0,z0)和方向向量(l,m,n)表示直线
      $\left\{\begin{matrix} x=x_0+mt \\ y=y_0+nt \\ z=z_0+pt \end{matrix}\right.$
      
      图源：不可不知的——直线的参数方程 (qq.com)
    - 点到平面的距离
      
      距离为M1M0在平面法向量的投影长度：
      
      代入点，M1与MO点乘为分子，M0满足平面方程化简，平面法向量的模为分母：
      
      图源：点到平面距离_百度百科 (baidu.com)
    - 点到直线的距离
      
      平行四边形满足等式：
      
      $S=|\vec{AB}\times\vec{S}|=d\cdot|\vec{S}|$
      
      代入方向向量S（l,m,n），B（x1,x2,x3）,A（x0,y0,z0），得
      
      $d=\frac{\vec{AB}\times\vec{S}}{|\vec{S}|}=\frac{(x_1-x_0,y_1-y_0,z_1-z_0)\times(l,m,n)}{\sqrt{l^2+m^2+n^2}}$
  - 题型
    - 求法向量、切线向量，建立平面与直线的方程
    - 求点到直线的距离
- 🐋曲面与空间曲线
  - 概要
    - 曲面方程
      $F(x,y,z) = 0$
      $z=f(x,y)$
    - 空间曲线
      参数式【螺线】
      
      图源：确实没找到...
      
      一般式：2个曲面的交线表示空间曲线
      $\left\{\begin{matrix} F(x,y,z)=0 \\ G(x,y,z)=0 \end{matrix}\right.$
    - 常见曲面
      - 旋转面：平面曲线绕平面直线旋转
      - 柱面：平行与定直线并沿定曲线移动的直线形成的轨迹
        
        图源：抛物柱面函数 - 快懂百科
      - 二次曲面
        
        圆柱面
        
        圆锥面
        
        旋转抛物面
        
        椭球面
        
        图源：【高等数学】九种标准二次曲面 - 知乎 (zhihu.com)
      - 空间曲线投影
        
        投影柱面：曲线一般式联立消去z，得到的二元方程即为母线为z轴的投影柱面
        投影平面：在投影柱面方程的基础上，增加限制条件 z = 0，检查其它变量的取值范围，即为曲线在xoy面的投影
        
        图源：柱面坐标 - 搜狗百科 (sogou.com)
  - 题型
    - 曲面方程
      求柱面方程
      求旋转面方程
      求投影曲线方程
    - 解析几何
      曲面的切平面与法线，核心：求法向量
      曲线的切线与法平面，核心：求切向量

🐳积分学的几何应用
- 🐋单积分、二重积分
  - 概念
    - 平面图形的面积
      直角坐标
      $S=\int_{a}^{b}\mathrm{d}x\int_{f(x)}^{g(x)}\mathrm{d}y=\int_{a}^{b} f(x)-g(x) \mathrm{d}x$
      极坐标
      $S=\int_{\alpha}^{\beta}\mathrm{d}\theta\int_{0}^{r(\theta)}r\mathrm{d}y=\frac{1}{2}\int_{\alpha}^{\beta}r^2(\theta) \mathrm{d}x$
    - 旋转体体积
      绕x轴旋转 $V_x=\pi\int_{a}^{b}f^2(x)\mathrm{d}x$ ，其中体积微元 $\mathrm{d}v$ = 底面积 $\pi f^2(x)$ x 高 $\mathrm{d}x$
      
      图源：单变量微积分-第十六讲-积分的应用（一） - 知乎
      
      绕y轴旋转 $V_y=2\pi\int_{a}^{b}xf(x)\mathrm{d}x$ ，其中体积微元 $\mathrm{d}v$ = 环状窄带周长 $2\pi x$ x 截面积 $f(x)\mathrm{d}x$
      
      图源：定积分的应用之柱壳法求旋转体体积_-CSDN博客
      
      绕直线旋转 $V=2\pi\int\int_{D_xy}r(x,y)\mathrm{d}\sigma$ ，其中体积微元 $\mathrm{d}v$ = = 环状窄带周长 $2\pi r(x,y)$ x 截面积 $\mathrm{d}\sigma$ ， $r(x,y)$ 表示点到直线距离
      
      图源：高等数学解题常用公式笔记总结
    - 曲线弧长：同对弧长的线积分
    - 旋转体侧面积
      绕x轴旋转 $S=2\pi\int_{a}^{b}f(x)\mathrm{d}s$ ，其中面积微元 $\mathrm{d}S$ = 环状窄带周长 $2\pi \mathrm{d}s$ x 高度 $f(x)$ ， $ds=\sqrt{1+y'^2(x)}$
      
      图源：求曲线绕x轴旋转一周的旋转体的侧面积_360问答
  - 题型
    - 几何应用：
      定积分求面积
      绕轴旋转体积
    - 物理应用
      - 容积 = 底面积 x 高
        
        球1底面积 $\pi\times x^2$ ，高度微元 $\mathrm{d}y$
        球1体积微元 $\mathrm{d}v=\pi\times x^2\mathrm{d}y$ ，积分域-1到1/2
        球1体积 $V=\pi\int_{-1}^{1/2} x^2\mathrm{d}y$ ，代入圆的公式 $x^2+y^2=1$ ，得 $V=\pi\int_{-1}^{1/2} 1-y^2\mathrm{d}y$
        球2与球1体积相等，球1体积×2即为所求
      - 做功 = 力 x 距离
        
        球1受力微元 $\rho g\mathrm{d}v=\rho g(\pi\times x^2\mathrm{d}y)$ ，距离 $2-y$ ；
        球1做功微元 $\mathrm{d}w=\rho g\pi\times (1-y^2)\mathrm(2-y){d}y$ ；
        以上，球1区域做功 $W=\rho g\pi\int_{-1}^{1/2} (1-y^2)\mathrm(2-y)\mathrm{d}y$ ；
        同理，球2区域做功 $W=\rho g\pi\int_{1/2}^{2} (2y-y^2)\mathrm(2-y)\mathrm{d}y$ ；
      - 压强 = 压力 x 面积
        
        区域1压力： $\rho gH=\rho g(h+1-y)$ ，区域1面积 $2 \times \mathrm{d}y$ ；
        区域1压强微元： $\mathrm{d}p=\rho g(h+1-y)\times2\mathrm{d}y$ ；
        区域1压强： $P=2\rho g\int_{1}^{h+1} (h+1-y)\mathrm{d}y$ ；
        区域2压力： $\rho gH=\rho g(h+1-y)$ ，区域2面积 $2x\mathrm{d}y$ ；
        区域2压强微元： $\mathrm{d}p=\rho g(h+1-y)\times2\sqrt{y}\mathrm{d}y$ ；
        区域2压强： $P=2\rho g\int_{0}^{1} (h+1-y)\sqrt{y}\mathrm{d}y$ ；
- 🐋三重积分
  - 简述：区域点的函数值 x 体积微元，累加求和
  - 性质
    - 奇偶性、轮换对称性
    - 不等式性质
    - 积分中值定理
  - 计算
    - 先一后二
      计算
      作垂直于z轴的直线，穿过封闭底面z1(x,y)与顶面z2(x,y)，即z的积分上下限是x，y的函数
      先计算有关z的积分，再转化为求x，y的二重积分
      适合坐标
      印象中比较万能...
      
      $\iiint_{\Omega } z\mathrm{d}v=\iint_{x^2+y^2\le 1/2} \mathrm{d}x\mathrm{d}y\int_{\sqrt{x^2+y^2}}^{\sqrt{1-x^2-y^2}}z\mathrm{d}z$
    - 先二后一
      计算
      作平行于z轴的截面，得到封闭曲线，即z的积分上下限是常数
      先计算有关x,y的二重积分，再转化为求z的单积分
      适合坐标
      被积函数： $f(x,y,z)=\phi(z)$ ，这一步可能需要借助奇偶性、对称性转换得到
      积分域： $D_z$ 面积较为规则，方便计算
      
      $\iiint_{\Omega } z\mathrm{d}v=\int_{0}^{1/\sqrt2}z\mathrm{d}z \iint_{x^2+y^2\le z^2} \mathrm{d}x\mathrm{d} y+\int_{1/\sqrt2}^{1}z\mathrm{d}z \iint_{x^2+y^2\le 1-z^2} \mathrm{d}x\mathrm{d} y$
    - 柱坐标
      与直角坐标的关系
      坐标
      $x=rcos\theta$
      $y = rsin\theta$
      $z=z$
      体积微元
      $dv = rdr d\phi dz$
      适合坐标
      被积函数： $f(x,y,z)=\phi(z)g(\sqrt{x^2+y^2})$
      积分域：柱面、锥面
      
      $\iiint_{\Omega } z\mathrm{d}v=\int_{0}^{2\pi}\mathrm{d}\theta \int_{0}^{1/\sqrt2} \mathrm{d}r\int_{r}^{\sqrt{1-r^2}} zr\mathrm{d} r$
    - 球坐标
      与直角坐标的关系
      坐标
      $x=rsin\phi cos\theta$
      $y = rsin\phi sin\theta$
      $z=rcos\phi$
      体积微元
      $dv = r^2sin\phi dr d\phi d\theta$
      适合坐标
      被积函数： $f(\sqrt{x^2+y^2+z^2})$
      积分域：球面、球壳、锥面
      
      $\iiint_{\Omega } z\mathrm{d}v=\int_{0}^{2\pi}\mathrm{d}\theta \int_{0}^{\pi/4} \mathrm{d}\phi\int_{0}^{1} r\cos\phi r^2\sin\phi\mathrm{d} r$
- 🐋曲线积分
  - 对弧长的线积分
    - 简述：函数值 x 弧长微元，累加求和
    - 计算方法
      直接法
      体积微元
      参数方程： $ds=\sqrt{x'^2(t)+y'^2(t)}$
      直角坐标： $ds=\sqrt{1+y'^2(x)}$
      极坐标： $ds=\sqrt{r^2+r'^2}$
      积分域：从小到大【与方向无关，要求结果是正数】
      奇偶性【x轴、y轴】
      对称性【直线y=x】
    图源：【高等数学】定积分元素法及应用（待续） - 知乎
  - 对坐标的线积分
    - 简述：函数值 x 有向线段的投影，累加求和
    - 计算方法
      直接法
      被积函数：代入直角坐标，或极坐标、参数方程
      积分域：从起点到终点【与方向有关，逆时针为正向】
      格林公式
      要求
      闭区域由分段光滑曲线围成
      被积函数在积分域上有一节连续偏导数
      作用：平面坐标的线积分转化为二重积分
      
      图源：格林公式 - 搜狗百科
      
      斯托克斯公式
      要求
      闭区域由空间分段光滑曲线围成，方向符合右手法则
      被积函数在积分域上有一节连续偏导数
      作用：空间坐标的线积分转化为二重积分
      
      图源：斯托克斯公式的意义? - 知乎
      
      图源：怎么记住斯托克斯公式（Stokes' theorem）？ - 知乎
    - 方法选择
      曲线L是否封闭？
      是：格林【平面】/ 斯托克斯【空间】
      否：是否与路径无关？
      是
      改换路径【一般选择平行坐标轴】
      寻找原函数【偏积分、凑微分】
      否
      直接法【注意方向】
      补线使用公式
  - 两类线积分的关系
    - 对弧长的线积分 x 曲线在切线方向的余弦 = 对坐标的线积分
    图源：多元微积分—— 知乎
- 🐋曲面积分
  - 对面积的面积分
    - 简述：函数值 x 面积微元，累加求和
    - 计算方法
      直接法
      体积微元： $ds=\sqrt{1+(z_x')^2+(z_y')^2}$
      积分域：从小到大【与方向无关，要求结果是正数】
      奇偶性【x轴、y轴】
      轮换对称性
  - 对坐标的面积分
    - 简述：函数值 x 有向投影域面积，累加求和
    - 计算方法
      直接法
      被积函数：代入直角坐标 $y=f(x)$ ，或极坐标、参数方程
      积分域：从起点到终点【与方向有关，上、前、右侧为正向】
      高斯公式
      要求
      闭区域由分段光滑曲线围成
      被积函数在积分域上有一节连续偏导数
      作用：空间坐标的面积分转化为三重积分
      
      图源：高斯公式 - Bing
    - 方法选择
      曲面是否封闭且不存在奇点？
      是：高斯公式
      否
      直接法【注意方向】
      补面【不封闭】或作辅助面【存在奇点】使用公式
  - 两类面积分的关系
    - 对面积的面积分 x 曲面在切线方向的余弦 = 对坐标的面积分
- 🐋多元积分应用
  - 概要
    - 平板面【二重积分】
      面积
      被积函数：1
      质量
      被积函数： $\rho(x,y)$
      质心
      被积函数： $\frac{x\rho(x,y)}{\rho(x,y)}$
      转动惯量
      被积函数： $y^2\rho(x,y)$ 【对y轴】
    - 推广
      空间体【三重积分】
      曲线【一型线积分】
      曲面【一型面积分】
    - 变力做功【二型线积分】
    - 通量【二型面积分】
  - 题型
    - 形心
    - 质心
    - 变力做功

🐳场论初步
- 方向导数：函数在某点对指定方向求导的结果
- 梯度：函数在这点方向导数最大的方向
- 散度：向量场在某点吸收或散发通量的大小
- 旋度：向量场对某点微元造成的旋转程度
详见大佬博文【我实在是打不动公式了...🫠】微积分-13.场论初步 - 知乎 (zhihu.com)

🔚结语

😶‍🌫️博文到此结束，写得模糊或者有误之处，欢迎小伙伴留言讨论与批评，督促博主优化内容~

🌟博文若有帮助，欢迎小伙伴动动可爱的小手默默给个赞支持一下，博主肝文的动力++~

🌸博主可能会佛系更新思维导图，在这里：

高等数学_梅头脑_的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_42789937/category_12380893.html

高数笔记03：几何、物理应用

图源：文心一言本文是我学习高等数学几何、物理应用的一些笔记和心得，希望可以与考研路上的小伙伴一起努力上岸~~🥝🥝 第1版：查资料、画导图~🧩🧩 参考资料：《高等数学基础篇》武…...

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习题1. 31

话不多说先上代码 (defn product [ term a nxt b](defn iter [a result](if (> a b)1 (* (term a) (iter (nxt a) result))))(iter a 1)) 跟习题1.30比较起来，就是两个地方不同乘法不能乘0 必须是1。难度来讲，跟1.30难度是一样的。增加了迭代过…...

编程日记 2023/10/15 1:35:52

见微知著：从企业售后技术支持看云计算发展

作者：余凯售后业务中的细微变化作为阿里云企业容器技术支持的一员，每天会面对全球各地企业级客户提出的关于容器的各种问题，通过这几年的技术支持的经历，逐步发现容器问题客户的一些惯性，哪些是重度用户&#xff0…...

编程日记 2023/10/15 1:34:51

C++笔记之如何给 `const char*` 类型变量赋值

C笔记之如何给 const char* 类型变量赋值 code review! 文章目录 C笔记之如何给 const char* 类型变量赋值1.在C中，如果你要给一个 const char* 变量赋值，你通常有几种方法来做这件事，具体取决于你的需求。下面是一些常见的方法：…...

编程日记 2023/10/15 1:33:50

9.Linear Maps

线性映射线性映射是将向量作为输入并产生一些新向量作为输出的转换。从坐标定义开始(数组)，再到2，3，并展示它们是如何关联的线性映射的坐标表示最终是矩阵， 1.坐标定义（数组） 列向量是向量的坐标表示…...

编程日记 2023/10/15 1:32:49

大数据Doris（十）：添加BE步骤

文章目录添加BE步骤一、使用mysql连接二、添加be...

编程日记 2023/10/15 1:31:48

基于算法竞赛的c++编程（28）结构体的进阶应用

结构体的嵌套与复杂数据组织在C中，结构体可以嵌套使用，形成更复杂的数据结构。例如，可以通过嵌套结构体描述多层级数据关系： struct Address {string city;string street;int zipCode; };struct Employee {string name;int id;…...

编程新知 2025/11/16 19:06:23

Prompt Tuning、P-Tuning、Prefix Tuning的区别

一、Prompt Tuning、P-Tuning、Prefix Tuning的区别 1. Prompt Tuning（提示调优）核心思想：固定预训练模型参数，仅学习额外的连续提示向量（通常是嵌入层的一部分）。实现方式：在输入文本前添加可训练的连续向量（软提示），模型只更新这些提示参数。优势：参数量少（仅提…...

编程新知 2026/1/22 19:23:53

五年级数学知识边界总结思考-下册

目录一、背景二、过程1.观察物体小学五年级下册“观察物体”知识点详解：由来、作用与意义**一、知识点核心内容****二、知识点的由来：从生活实践到数学抽象****三、知识的作用：解决实际问题的工具****四、学习的意义：培养核心素养…...

编程新知 2025/10/7 4:57:55

精益数据分析（97/126）：邮件营销与用户参与度的关键指标优化指南

精益数据分析（97/126）：邮件营销与用户参与度的关键指标优化指南在数字化营销时代，邮件列表效度、用户参与度和网站性能等指标往往决定着创业公司的增长成败。今天，我们将深入解析邮件打开率、网站可用性、页面参与时…...

编程新知 2025/12/13 4:04:33

dify打造数据可视化图表

一、概述在日常工作和学习中，我们经常需要和数据打交道。无论是分析报告、项目展示，还是简单的数据洞察，一个清晰直观的图表，往往能胜过千言万语。一款能让数据可视化变得超级简单的 MCP Server，由蚂蚁集团 AntV 团队…...

编程新知 2026/1/20 20:10:03

Linux --进程控制

本文从以下五个方面来初步认识进程控制： 目录进程创建进程终止进程等待进程替换模拟实现一个微型shell 进程创建在Linux系统中我们可以在一个进程使用系统调用fork()来创建子进程，创建出来的进程就是子进程，原来的进程为父进程。…...

编程新知 2026/1/19 2:38:48

Springboot社区养老保险系统小程序

一、前言随着我国经济迅速发展，人们对手机的需求越来越大，各种手机软件也都在被广泛应用，但是对于手机进行数据信息管理，对于手机的各种软件也是备受用户的喜爱，社区养老保险系统小程序被用户普遍使用，为方…...

编程新知 2026/1/21 11:35:20

Docker 本地安装 mysql 数据库

Docker: Accelerated Container Application Development 下载对应操作系统版本的 docker ；并安装。基础操作不再赘述。打开 macOS 终端，开始 docker 安装mysql之旅第一步 docker search mysql 》〉docker search mysql NAME DE…...

编程新知 2026/1/20 15:50:09

GitFlow 工作模式（详解）

今天再学项目的过程中遇到使用gitflow模式管理代码，因此进行学习并且发布关于gitflow的一些思考 Git与GitFlow模式我们在写代码的时候通常会进行网上保存，无论是github还是gittee，都是一种基于git去保存代码的形式，这样保存代码…...

编程新知 2026/1/15 8:28:37

C#学习第29天：表达式树（Expression Trees）

目录什么是表达式树？ 核心概念 1.表达式树的构建 2. 表达式树与Lambda表达式 3.解析和访问表达式树 4.动态条件查询表达式树的优势 1.动态构建查询 2.LINQ 提供程序支持： 3.性能优化 4.元数据处理 5.代码转换和重写适用场景代码复杂性…...

编程新知 2025/10/20 9:03:01

📇目录

🦮思维导图

🐳向量代数

🐋数量积【数字】

🐋向量积【向量】

🐋混合积【数字】

🐳空间解析几何

🐋平面空间与直线

🐋曲面与空间曲线

🐳积分学的几何应用

🐋单积分、二重积分

🐋三重积分

🐋曲线积分

🐋曲面积分

🐋多元积分应用

🐳场论初步

🔚结语

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