#A000D. 数学符号大全

数学符号大全

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本文参考了国标《物理科学和技术中使用的数学符号》 GB/T 3102.11-1993ISO 80000-2:2019 修订

故基本与国内通行教材的符号体系兼容。

符号的 LaTeX 写法请参考 本文章的源代码

数理逻辑

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n1.1 pqp \land q ppqq 的合取 ppqq.
n1.2 pqp \lor q ppqq 的析取 ppqq;此处的 "或" 是包含的,即若 ppqq 中有一个为真陈述,则 pqp \lor q 为真。
n1.3 ¬p\lnot p pp 的否定 pp.
n1.4 p    qp \implies q pp 蕴含 qq;若 pp 为真,则 qq 为真 q    pq \impliedby pp    qp \implies q 同义。
n1.5 p    qp \iff q pp 等价于 qq (p    q)(q    p)(p \implies q) \land (q \implies p)p    qp \iff q 同义。
n1.6 ( xA)  p(x)(\forall~x \in A)~~p(x) AA 中所有的 xx, 命题 p(x)p(x) 均为真 如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 AA, 可以使用记号 ( x)  p(x)(\forall~x)~~p(x).\forall 称为全称量词。xAx \in A 的含义见 n2.1.
n1.7 ( xA)  p(x)(\exists~x \in A)~~p(x) 存在一个属于 AAxx 使得 p(x)p(x) 为真 如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 AA, 可以使用记号 ( x)  p(x)(\exists~x)~~p(x).\exists 称为存在量词。xAx \in A 的含义见 n2.1.(! x)  p(x)(\exists!~x)~~p(x)(唯一量词)用来表示恰有一个 xx 使得 p(x)p(x) 为真。!\exists! 也可以写作 1\exists^1.

集合论

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n2.1 xAx \in A xx 属于 AAxx 是集合 AA 中的元素 AxA \ni xxAx \in A 同义。
n2.2 yAy \notin A yy 不属于 AAyy 不是集合 AA 中的元素
n2.3 {x1,x2,,xn}\{x_1, x_2, \dots, x_n\} 含元素 x1,x2,,xnx_1, x_2, \dots, x_n 的集合 也可写作 {xi  iI}\{x_i ~\vert~ i \in I\}, 其中 II 表示指标集。
n2.4 {xA  p(x)}\{x \in A ~\vert~ p(x)\} AA 中使命题 p(x)p(x) 为真的所有元素组成的集合 例如 {xR  x5}\{x \in \textbf{R} ~\vert~ x \geq 5\};如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 AA,可以使用符号 {x  p(x)}\{x ~\vert~ p(x)\}(如在只考虑实数集时可使用 {x  x5}\{x ~\vert~ x \geq 5\}\vert 也可以使用冒号替代,如 {xA:p(x)}\{x \in A : p(x)\}.
n2.5 cardA\operatorname{card} A;A\vert A\vert AA 中的元素个数,AA 的基数
n2.6 \varnothing 空集 不应使用 \emptyset.
n2.7 BAB \subseteq A BB 包含于 AA 中,BBAA 的子集 BB 的每个元素都属于 AA.\subset 也可用于该含义,但请参阅 n2.8 的说明。ABA \supseteq BBAB \subseteq A 同义。
n2.8 BAB \subset A BB 真包含于 AA 中,BBAA 的真子集 BB 的每个元素都属于 AA, 且 AA 中至少有一个元素不属于 BB.若 \subset 的含义取 n2.7, 则 n2.8 对应的符号应使用 \subsetneq.ABA \supset BBAB \subset A 同义。
n2.9 ABA \cup B AABB 的并集 AB:={x  xAxB}A \cup B := \{x ~\vert~ x \in A \lor x \in B\};:=:= 的定义参见 n4.3
n2.10 ABA \cap B AABB 的交集 AB:={x  xAxB}A \cap B := \{x ~\vert~ x \in A \land x \in B\};:=:= 的定义参见 n4.3
n2.11 i=1nAi\displaystyle \bigcup\limits_{i=1}^n A_i 集合 A1,A2,,AnA_1, A_2, \dots, A_n 的并集 $\displaystyle \bigcup\limits_{i=1}^n A_i=A_1\cup A_2\cup \dots \cup A_n$;也可使用 i=1n\displaystyle \bigcup\nolimits_{i=1}^niI\displaystyle \bigcup\limits_{i\in I}iI\displaystyle \bigcup\nolimits_{i\in I}, 其中 II 表示指标集
n2.12 i=1nAi\displaystyle \bigcap\limits_{i=1}^n A_i 集合 A1,A2,,AnA_1, A_2, \dots, A_n 的交集 $\displaystyle \bigcap\limits_{i=1}^n A_i=A_1\cap A_2\cap \dots \cap A_n$;也可使用 i=1n\displaystyle \bigcap\nolimits_{i=1}^niI\displaystyle \bigcap\limits_{i\in I}iI\displaystyle \bigcap\nolimits_{i\in I}, 其中 II 表示指标集
n2.13 ABA \setminus B AABB 的差集 $A \setminus B = \{x ~\vert~ x \in A \land x \notin B\}$;不应使用 ABA - B;当 BBAA 的子集时也可使用 AB\complement_A B, 如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 AA,则 AA 可以省略。不引起歧义的情况下也可使用 B\overline{B} 表示集合 BB 的补集。
n2.14 (a,b)(a, b) 有序数对 aabb;有序偶 aabb (a,b)=(c,d)(a, b) = (c, d) 当且仅当 a=ca = cb=db = d.
n2.15 (a1,a2,,an)(a_1, a_2, \dots, a_n) 有序 nn 元组 参见 n2.14.
n2.16 A×BA \times B 集合 AABB 的笛卡尔积 $A \times B = \{(x, y) ~\vert~ x \in A \land y \in B\}$.
n2.17 i=1nAi\displaystyle \prod\limits_{i=1}^{n} A_i 集合 A1,A2,,AnA_1, A_2, \dots, A_n 的笛卡尔积 $\displaystyle \prod\limits_{i=1}^{n} A_i=\{(x_1, x_2, \dots, x_n) ~\vert~ x_1 \in A_1, x_2 \in A_2, \dots, x_n \in A_n\}$;A×A××AA \times A \times \dots \times A 记为 AnA^n, 其中 nn 是乘积中的因子数。
n2.18 idA\mathrm{id}_A A×AA\times A 的对角集 idA={(x,x)  xA}\mathrm{id}_A=\{(x, x)~\vert~x\in A\};如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 AA, 则 AA 可以省略。

标准数集和区间

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n3.1 N\mathbf{N} 自然数集 N={0,1,2,3,}\mathbf{N} = \{0, 1, 2, 3, \dots\};N=N+={1,2,3,}\mathbf{N}^* = \mathbf{N}_+ = \{1, 2, 3, \dots\};可用如下方式添加其他限制:$\mathbf{N}_{> 5} = \{n \in \mathbf{N} ~\vert~ n > 5\}$;也可使用 N\mathbb{N}.
n3.2 Z\mathbf{Z} 整数集 $\mathbf{Z}^* = \mathbf{Z}_+ = \{n \in \mathbf{Z} ~\vert~ n \ne 0\}$;可用如下方式添加其他限制:$\mathbf{Z}_{> -3} = \{n \in \mathbf{Z} ~\vert~ n > -3\}$;也可使用 Z\mathbb{Z}.
n3.3 Q\mathbf{Q} 有理数集 $\mathbf{Q}^* = \mathbf{Q}_+ = \{r \in \mathbf{Q} ~\vert~ r \ne 0\}$;可用如下方式添加其他限制:$\mathbf{Q}_{< 0} = \{r \in \mathbf{Q} ~\vert~ r < 0\}$;也可使用 Q\mathbb{Q}.
n3.4 R\mathbf{R} 实数集 $\mathbf{R}^* = \mathbf{R}_+ = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ x \ne 0\}$;可用如下方式添加其他限制:$\mathbf{R}_{> 0} = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ x > 0\}$;也可使用 R\mathbb{R}.
n3.5 C\mathbf{C} 复数集 $\mathbf{C}^* = \mathbf{C}_+ = \{z \in \mathbf{C} ~\vert~ z \ne 0\}$;也可使用 C\mathbb{C}.
n3.6 P\mathbf{P} (正)素数集 P={2,3,5,7,11,13,17,}\mathbf{P} = \{2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, \dots\};也可使用 P\mathbb{P}.
n3.7 [a,b][a, b] aabb 的闭区间 $[a, b] = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x \leq b\}$.
n3.8 (a,b](a, b] aabb 的左开右闭区间 (a,b]={xR  a<xb}(a, b] = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x \leq b\};$(-\infty, b] = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ x \leq b\}$.
n3.9 [a,b)[a, b) aabb 的左闭右开区间 [a,b)={xR  ax<b}[a, b) = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x < b\};$[a, +\infty) = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x\}$.
n3.10 (a,b)(a, b) aabb 的开区间 (a,b)={xR  a<x<b}(a, b) = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x < b\};(,b)={xR  x<b}(-\infty, b) = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ x < b\};(a,+)={xR  a<x}(a, +\infty) = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x\}.

关系

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n4.1 a=ba = b aa 等于 bb \equiv 用于强调某等式是恒等式该符号的另一个含义参见 n4.18.
n4.2 aba \ne b aa 不等于 bb
n4.3 a:=ba := b aa 定义为 bb 参见 n2.9, n2.10
n4.4 aba \approx b aa 约等于 bb 不排除相等。
n4.5 aba \simeq b aa 渐进等于 bb 例如:当 xax\to a 时,1sin(xa)1xa\dfrac{1}{\sin(x-a)} \simeq \dfrac{1}{x-a};xax \to a 的含义参见 n4.15.
n4.6 aba \propto b aabb 成正比 也可使用 aba \sim b.\sim 也用于表示等价关系。
n4.7 MNM \cong N MMNN 全等 MMNN 是点集(几何图形)时。该符号也用于表示代数结构的同构。
n4.8 a<ba < b aa 小于 bb
n4.9 b>ab > a bb 大于 aa
n4.10 aba \leq b aa 小于等于 bb
n4.11 bab \geq a bb 大于等于 aa
n4.12 aba \ll b aa 远小于 bb
n4.13 bab \gg a bb 远大于 aa
n4.14 \infty 无穷大 该符号 是数字。也可以使用 ++\infty-\infty.
n4.15 xax \to a xx 趋近于 aa 一般出现在极限表达式中。aa 也可以为 \infty++\infty-\infty.
n4.16 mnm \mid n mm 整除 nn 对整数 mmnn:( kZ)  mk=n(\exists~k \in \mathbf{Z})~~m\cdot k = n.
n4.17 mnm \perp n mmnn 互质 对整数 mmnn:$(\nexists~k \in \mathbf{Z}_{>1})~~(k \mid m) \land (k \mid n)$;该符号的另一种用法参见 n5.2
n4.18 nk(modm)n \equiv k \pmod m nnmmkk 同余 对整数 nnkkmm:m(nk)m \mid (n - k);不要与 n4.1 中提到的相混淆。

初等几何学

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n5.1 \parallel 平行
n5.2 \perp 垂直 该符号的另一种用法参见 n4.17
n5.3 \angle (平面)角
n5.4 AB\overline{\mathrm{AB}} 线段 AB\mathrm{AB}
n5.5 AB\overrightarrow{\mathrm{AB}} 有向线段 AB\mathrm{AB}
n5.6 d(A,B)d(\mathrm{A}, \mathrm{B}) A\mathrm{A}B\mathrm{B} 之间的距离 AB\overline{\mathrm{AB}} 的长度。

运算符

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n6.1 a+ba + b aabb
n6.2 aba - b aabb
n6.3 a±ba \pm b aa 加或减 bb
n6.4 aba \mp b aa 减或加 bb (a±b)=ab-(a \pm b) = -a \mp b.
n6.5 aba \cdot b;a×ba \times b;abab aabb 若出现小数点,则应只使用 ×\times;部分用例参见 n2.16, n2.17, n14.11, n14.12
n6.6 ab\dfrac{a}{b};a/ba/b;a:ba:b aa 除以 bb ab=ab1\dfrac{a}{b}=a\cdot b^{-1};可用 :: 表示同一量纲的数值的比率。不应使用 ÷÷.
n6.7 i=1nai\displaystyle \sum\limits_{i=1}^n a_i a1+a2++ana_1 + a_2 + \dots + a_n 也可使用 i=1nai\displaystyle \sum\nolimits_{i=1}^n a_iiai\displaystyle \sum\limits_i a_iiai\displaystyle \sum\nolimits_i a_iai\displaystyle \sum a_i.
n6.8 i=1nai\displaystyle \prod\limits_{i=1}^n a_i a1a2ana_1 \cdot a_2 \cdot \dots \cdot a_n 也可使用 i=1nai\displaystyle \prod\nolimits_{i=1}^n a_iiai\displaystyle \prod\limits_i a_iiai\displaystyle \prod\nolimits_i a_iai\displaystyle \prod a_i.
n6.9 apa^p aapp 次幂
n6.10 a1/2a^{1/2};a\sqrt{a} aa1/21/2 次方,aa 的平方根 应避免使用 a\sqrt{}a.
n6.11 a1/na^{1/n};an\sqrt[n]{a} aa1/n1/n 次幂,aann 次根 应避免使用 na\sqrt[n]{}a.
n6.12 xˉ\bar{x};xˉa\bar{x}_a xx 的算数均值 其他均值有:调和均值 xˉh\bar{x}_h;几何均值 xˉg\bar{x}_g;二次均值/均方根 xˉq\bar{x}_qxˉrms\bar{x}_{rms}.xˉ\bar{x} 也用于表示复数 xx 的共轭,参见 n11.6.
n6.13 sgna\operatorname{sgn} a aa 的符号函数 对实数 aa:sgna=1(a>0)\operatorname{sgn} a=1\quad (a>0);sgna=1(a<0)\operatorname{sgn} a=-1\quad (a<0);sgn0=0\operatorname{sgn} 0=0;参见 n11.7.
n6.14 infM\inf M MM 的下确界 小于等于非空集合 MM 中元素的最大上界。
n6.15 supM\sup M MM 的上确界 大于等于非空集合 MM 中元素的最小下界。
n6.16 a\lvert a\rvert aa 的绝对值 也可使用 absa\operatorname{abs} a.
n6.17 a\lfloor a\rfloor 向下取整小于等于实数 aa 的最大整数 例如:2.4=2\lfloor 2.4\rfloor = 2;2.4=3\lfloor -2.4\rfloor = -3.
n6.18 a\lceil a\rceil 向上取整大于等于实数 aa 的最小整数 例如:2.4=3\lceil 2.4\rceil = 3;2.4=2\lceil -2.4\rceil = -2.
n6.19 min(a,b)\min(a, b);min{a,b}\min\{a, b\} aabb 的最小值 可推广到有限集中。要表示无限集中的最小值建议使用 inf\inf, 参见 n6.14
n6.20 max(a,b)\max(a, b);max{a,b}\max\{a, b\} aabb 的最大值 可推广到有限集中。要表示无限集中的最大值建议使用 sup\sup, 参见 n6.15
n6.21 nmodmn \bmod m nnmm 的余数 对正整数 nnmm:( qN,r[0,m))  n=qm+r(\exists~q\in\mathbf{N}, r\in[0, m))~~n=qm+r;其中 r=nmodmr=n \bmod m.
n6.22 gcd(a,b)\gcd(a, b);gcd{a,b}\gcd\{a, b\} 整数 aabb 的最大公因数 可推广到有限集中。不引起歧义的情况下可写为 (a,b)(a, b).
n6.23 lcm(a,b)\operatorname{lcm}(a, b);lcm{a,b}\operatorname{lcm}\{a, b\} 整数 aabb 的最小公倍数 可推广到有限集中。不引起歧义的情况下可写为 [a,b][a, b];(a,b)[a,b]=ab(a, b)[a, b]=\lvert ab\rvert.

组合数学

本节中的 nnkk 是自然数,aa 是复数,且 knk\leq n.

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n7.1 n!n! 阶乘 $n!=\prod_{k=1}^n k=1\cdot 2\cdot 3\cdot \dots \cdot n\quad (n>0)$;0!=10!=1.
n7.2 aka^{\underline{k}} 下降阶乘幂 $a^{\underline{k}}=a\cdot(a-1)\cdot \dots \cdot(a-k+1)\quad (k>0)$;a0=1a^{\underline{0}}=1;nk=n!(nk)!n^{\underline{k}}=\dfrac{n!}{(n-k)!}.
n7.3 aka^{\overline{k}} 上升阶乘幂 $a^{\overline{k}}=a\cdot(a+1)\cdot \dots \cdot(a+k-1)\quad (k>0)$;a0=1a^{\overline{0}}=1;nk=(n+k1)!(n1)!n^{\overline{k}}=\dfrac{(n+k-1)!}{(n-1)!}.
n7.4 (nk)\dbinom{n}{k} 组合数 (nk)=n!k!(nk)!\dbinom{n}{k}=\dfrac{n!}{k!(n-k)!}.
n7.5 [nk]\displaystyle{n\brack k} 第一类 Stirling 数 $\displaystyle{n+1\brack k}=n{n\brack k}+{n\brack k-1}$;$\displaystyle x^{\overline{n}}=\sum_{k=0}^n{n\brack k}x^k$.
n7.6 {nk}\displaystyle{n\brace k} 第二类 Stirling 数 $\displaystyle{n\brace k}=\frac{1}{k!}\sum_{i=0}^k(-1)^i\binom{k}{i}(k-i)^n$;$\displaystyle\sum_{k=0}^n{n\brace k}x^{\underline{k}}=x^n$.

函数

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n8.1 ff 函数
n8.2 f(x)f(x)f(x1,,xn)f(x_1, \dots, x_n) 函数 ffxx 处的值函数 ff(x1,,xn)(x_1, \dots, x_n) 处的值
n8.3 domf\operatorname{dom} f ff 的定义域 也可使用 D(f)\mathrm{D}(f).
n8.4 ranf\operatorname{ran} f ff 的值域 也可使用 R(f)\mathrm{R}(f).
n8.5 f:ABf:A\to B ffAABB 的映射 domf=A\operatorname{dom} f=A( xdomf)  f(x)B(\forall~x \in\operatorname{dom} f)~~ f(x) \in B.
n8.6 xT(x),xAx\mapsto T(x), x\in A 将所有 xAx\in A 映射到 T(x)T(x) 的函数 T(x)T(x) 仅用于定义,用来表示某个参数为 xAx\in A 的某个函数值。若这个函数为 ff, 则对所有 xAx\in A 均有 f(x)=T(x)f(x)=T(x). 因此 T(x)T(x) 通常用来定义函数 ff.例如:x3x2y,x[0,2]x\mapsto 3x^2y, x\in[0, 2];这是由 3x2y3x^2y 定义的一个关于 xx 的二次函数。若未引入函数符号,则用 3x2y3x^2y 表示该函数
n8.7 f1f^{-1} ff 的反函数 函数 ff 的反函数 f1f^{-1} 有定义当且仅当 ff 是单射。若 ff 是单射,则 $\operatorname{dom}\left(f^{-1}\right) = \operatorname{ran} f$,$\operatorname{ran}\left(f^{-1}\right) = \operatorname{dom} f$, 且 $(\forall~x\in\operatorname{dom} f)~~f^{-1}(f(x)) = x$.不要与函数的倒数 f(x)1f(x)^{-1} 混淆。
n8.8 gfg\circ f ffgg 的复合函数 (gf)(x)=g(f(x))(g\circ f)(x)=g(f(x)).
n8.9 f:xyf:x\mapsto y f(x)=yf(x)=yffxx 映射到 yy
n8.10 fabf\vert_a^b;f(,u,)u=au=bf(\dots, u, \dots)\vert_{u=a}^{u=b} f(b)f(a)f(b)-f(a);f(,b,)f(,a,)f(\dots, b, \dots)-f(\dots, a, \dots) 主要用于定积分的计算中。
n8.11 limxaf(x)\displaystyle \lim\limits_{x\to a}f(x);limxaf(x)\lim\nolimits_{x\to a}f(x) xx 趋近于 aaf(x)f(x) 的极限 limxaf(x)=b\lim\nolimits_{x\to a}f(x)=b 可以写成 f(x)b(xa)f(x)\to b\quad (x \to a).右极限和左极限的符号分别为 limxa+f(x)\lim\nolimits_{x\to a+}f(x)limxaf(x)\lim\nolimits_{x\to a-}f(x).
n8.12 f(x)=O(g(x))f(x) = O(g(x)) f(x)/g(x)\lvert f(x)/g(x)\rvert 在上下文隐含的限制中有上界,f(x)f(x) 的阶不高于 g(x)g(x) f/gf/gg/fg/f 均有界时称 ffgg 是同阶的。使用符号 "==" 是出于历史原因,其在此处不表示等价,因为不满足传递性。例如:sinx=O(x)(x0)\sin x=O(x)\quad (x\to 0).
n8.13 f(x)=o(g(x))f(x) = o(g(x)) 在上下文隐含的限制中有 f(x)/g(x)0f(x)/g(x)\to 0f(x)f(x) 的阶高于 g(x)g(x) 使用符号 "==" 是出于历史原因,其在此处不表示等价,因为不满足传递性。例如:cosx=1+o(x)(x0)\cos x=1+o(x)\quad (x\to 0).
n8.14 Δf\Delta f ff 的有限增量 上下文隐含的两函数值的差分。例如:Δx=x2x1\Delta x=x_2-x_1;Δf(x)=f(x2)f(x1)\Delta f(x)=f(x_2)-f(x_1).
n8.15 dfdx\dfrac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x};ff' ffxx 的导(函)数 仅用于一元函数。可以显式指明自变量,如 df(x)dx\dfrac{\mathrm{d}f(x)}{\mathrm{d}x}f(x)f'(x).
n8.16 $\left(\dfrac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}\right)_{x=a}$;f(a)f'(a) ffaa 处的导(函)数值 参见 n8.15
n8.17 dnfdxn\dfrac{\mathrm{d}^n f}{\mathrm{d}x^n};f(n)f^{(n)} ffxxnn 阶导(函)数 仅用于一元函数。可以显式指明自变量,如 dnf(x)dxn\dfrac{\mathrm{d}^n f(x)}{\mathrm{d}x^n}f(n)(x)f^{(n)}(x).可用 ff''ff''' 分别表示 f(2)f^{(2)}f(3)f^{(3)}.
n8.18 fx\dfrac{\partial f}{\partial x};fxf_x ffxx 的偏导数 仅用于多元函数。可以显式指明自变量,如 f(x,y,)x\dfrac{\partial f(x, y, \dots)}{\partial x}fx(x,y,)f_x(x, y, \dots).可以扩展到高阶,如 $f_{xx}=\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}=\dfrac{\partial}{\partial x}\left(\dfrac{\partial f}{\partial x}\right)$;$f_{xy}=\dfrac{\partial^2 f}{\partial y\partial x}=\dfrac{\partial}{\partial y}\left(\dfrac{\partial f}{\partial x}\right)$.
n8.19 $\dfrac{\partial(f_1, \dots, f_m)}{\partial(x_1, \dots, x_n)}$ Jacobi 矩阵 参见[1]
n8.20 df\mathrm{d}f ff 的全微分 $\mathrm{d}f(x, y, \dots)=\dfrac{\partial f}{\partial x}\mathrm{d}x+\dfrac{\partial f}{\partial y}\mathrm{d}y+\dots$.
n8.21 δf\delta f ff 的(无穷小)变分
n8.22 f(x)dx\displaystyle \int f(x)\mathrm{d}x ff 的不定积分
n8.23 abf(x)dx\displaystyle \int\limits_a^b f(x)\mathrm{d}x ffaabb 的定积分 也可使用 abf(x)dx\displaystyle \int\nolimits_a^b f(x)\mathrm{d}x;定积分还可以定义在更一般的域上。如 C\displaystyle\int\limits_CS\displaystyle\int\limits_SV\displaystyle\int\limits_V\displaystyle\oint, 分别表示在曲线 CC, 曲面 SS, 三维区域 VV, 和闭曲线或曲面上的定积分。多重积分可写成 \displaystyle\iint\displaystyle\iiint 等。
n8.24 fgf*g 函数 ffgg 的卷积 $\displaystyle (f*g)(x)=\int\limits_{-\infty}^{\infty}f(y)g(x-y)\mathrm{d}y$.

指数和对数函数

xx 可以是复数。

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n9.1 e\mathrm{e} 自然对数的底 $\displaystyle \mathrm{e}=\lim\limits_{n\to\infty}\left(1+\frac{1}{n}\right)^n=2.718~281~8\dots$;不要写成 ee.
n9.2 axa^x xx 的指数函数(以 aa 为底) 参见 n6.9.
n9.3 ex\mathrm{e}^x;expx\exp x xx 的指数函数(以 e\mathrm{e} 为底)
n9.4 logax\log_a x xx 的以 aa 为底的对数 当底数不需要指定的时候可以使用 logx\log x.不应用 logx\log x 替换 lnx\ln xlgx\lg xlbx\operatorname{lb} x 中的任意一个。
n9.5 lnx\ln x xx 的自然对数 lnx=logex\ln x = \log_{\mathrm{e}} x;参见 n9.4.
n9.6 lgx\lg x xx 的常用对数 lgx=log10x\lg x = \log_{10} x;参见 n9.4.
n9.7 lbx\operatorname{lb} x xx 的以 22 为底的对数 lbx=log2x\operatorname{lb} x = \log_2 x;参见 n9.4.

三角函数和双曲函数

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n10.1 π\pi 圆周率 π=3.141 592 6\pi = 3.141~592~6\dots.
n10.2 sinx\sin x xx 的正弦 $\sin x=\dfrac{\mathrm{e}^{\mathrm{i}x}-\mathrm{e}^{-\mathrm{i}x}}{2\mathrm{i}}$;(sinx)n(\sin x)^n(cosx)n(\cos x)^n(n2n\geq 2) 等通常写为 sinnx\sin^n xcosnx\cos^n x 等。
n10.3 cosx\cos x xx 的余弦 cosx=sin(x+π/2)\cos x = \sin(x + \pi/2).
n10.4 tanx\tan x xx 的正切 tanx=sinx/cosx\tan x = \sin x/\cos x;不可使用 tgx\operatorname{tg} x.
n10.5 cotx\cot x xx 的余切 cotx=1/tanx\cot x = 1/\tan x;不可使用 ctgx\operatorname{ctg} x.
n10.6 secx\sec x xx 的正割 secx=1/cosx\sec x = 1/\cos x.
n10.7 cscx\csc x xx 的余割 cscx=1/sinx\csc x = 1/\sin x;不可使用 cosecx\operatorname{cosec} x.
n10.8 arcsinx\arcsin x xx 的反正弦 $y = \arcsin x \iff x = \sin y\quad (-\pi/2 \leq y \leq \pi/2)$.
n10.9 arccosx\arccos x xx 的反余弦 $y = \arccos x \iff x = \cos y\quad (0 \leq y \leq \pi)$.
n10.10 arctanx\arctan x xx 反正切 $y = \arctan x \iff x = \tan y\quad (-\pi/2 \leq y \leq \pi/2)$;不可使用 arctgx\operatorname{arctg} x.
n10.11 arccotx\operatorname{arccot} x xx 反余切 $y = \operatorname{arccot} x \iff x = \cot y\quad (0 \leq y \leq \pi)$;不可使用 arcctgx\operatorname{arcctg} x.
n10.12 arcsecx\operatorname{arcsec} x xx 反正割 $y = \operatorname{arcsec} x \iff x = \sec y\quad (0\leq y \leq \pi, y\ne \pi/2)$.
n10.13 arccscx\operatorname{arccsc} x xx 的反余割 $y = \operatorname{arccsc} x \iff x = \csc y\quad (-\pi/2 \leq y \leq \pi/2, y\ne 0)$;不可使用 arccosecx\operatorname{arccosec} x.
n10.14 sinhx\sinh x xx 的双曲正弦 sinhx=exex2\sinh x=\dfrac{\mathrm{e}^x-\mathrm{e}^{-x}}{2};不可使用 shx\operatorname{sh} x.
n10.15 coshx\cosh x xx 的双曲余弦 cosh2x=sinh2x+1\cosh^2 x = \sinh^2 x + 1;不可使用 chx\operatorname{ch} x.
n10.16 tanhx\tanh x xx 的双曲正切 tanhx=sinhx/coshx\tanh x = \sinh x/\cosh x;不可使用 thx\operatorname{th} x.
n10.17 cothx\coth x xx 的双曲余切 cothx=1/tanhx\coth x = 1/\tanh x.
n10.18 sechx\operatorname{sech} x xx 的双曲正割 sechx=1/coshx\operatorname{sech} x = 1/\cosh x.
n10.19 cschx\operatorname{csch} x xx 的双曲余割 cschx=1/sinhx\operatorname{csch} x = 1/\sinh x;不可使用 cosechx\operatorname{cosech} x.
n10.20 arsinhx\operatorname{arsinh} x xx 的反双曲正弦 y=arsinhx    x=sinhyy = \operatorname{arsinh} x \iff x = \sinh y;不可使用 arshx\operatorname{arsh} x.
n10.21 arcoshx\operatorname{arcosh} x xx 的反双曲余弦 $y = \operatorname{arcosh} x \iff x = \cosh y\quad (y \geq 0)$;不可使用 archx\operatorname{arch} x.
n10.22 artanhx\operatorname{artanh} x xx 的反双曲正切 y=artanhx    x=tanhyy = \operatorname{artanh} x \iff x = \tanh y;不可使用 arthx\operatorname{arth} x.
n10.23 arcothx\operatorname{arcoth} x xx 的反双曲余切 $y = \operatorname{arcoth} x \iff x = \coth y\quad (y \ne 0)$.
n10.24 arsechx\operatorname{arsech} x xx 的反双曲正割 $y = \operatorname{arsech} x \iff x = \operatorname{sech} y\quad (y \geq 0)$.
n10.25 arcschx\operatorname{arcsch} x xx 的反双曲余割 $y = \operatorname{arcsch} x \iff x = \operatorname{csch} y\quad (y \geq 0)$;不可使用 arcosechx\operatorname{arcosech} x.

复数

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n11.1 i\mathrm{i} 虚数单位 i2=1\mathrm{i}^2 = -1;不可使用 iii
n11.2 Rez\operatorname{Re} z zz 的实部 参见 n11.3.
n11.3 Imz\operatorname{Im} z zz 的虚部 z=x+iy(x,yR)z = x + \mathrm{i} y\quad (x, y\in\mathbf{R}), 则 x=Rezx = \operatorname{Re} zy=Imzy = \operatorname{Im} z.
n11.4 z\lvert z\rvert zz 的模 $\lvert z\rvert=\sqrt{(\operatorname{Re} z)^2+(\operatorname{Im} z)^2}$.
n11.5 argz\arg z zz 的辐角 z=reiφz = r \mathrm{e}^{\mathrm{i}\varphi}, 其中 r=zr = \lvert z\rvertπ<φπ-\pi < \varphi \leq \pi, 则 φ=argz\varphi = \arg z.Rez=rcosφ\operatorname{Re} z = r \cos \varphiImz=rsinφ\operatorname{Im} z = r \sin \varphi.
n11.6 zˉ\bar{z};zz^* zz 的复共轭 $\bar{z}=\operatorname{Re}z-\mathrm{i}\operatorname{Im}z$.
n11.7 sgnz\operatorname{sgn} z zz 的单位模函数 $\operatorname{sgn} z =z / \lvert z\rvert = \exp(\mathrm{i} \arg z)\quad (z \ne 0)$;sgn0=0\operatorname{sgn} 0 = 0;参见 n6.13.

矩阵

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n12.1 AA;参见[2] m×nm\times n 型矩阵 AA aij=(A)ija_{ij} = (A)_{ij};也可使用 A=(aij)A = (a_{ij}). 其中 mm 为行数,nn 为列数m=nm=n 时称为方阵可用方括号替代圆括号。
n12.2 A+BA + B 矩阵 AABB 的和 (A+B)ij=(A)ij+(B)ij(A + B)_{ij} = (A)_{ij} + (B)_{ij};矩阵 AABB 的行数和列数必须分别相同。
n12.3 xAx A 标量 xx 和矩阵 AA 的乘积 (xA)ij=x(A)ij(x A)_{ij} = x (A)_{ij}.
n12.4 ABAB 矩阵 AABB 的乘积 $\displaystyle(AB)_{ik} = \sum\limits_{j}(A)_{ij}(B)_{jk}$;矩阵 AA 的列数必须等于矩阵 BB 的行数。
n12.5 II;EE 单位矩阵 (I)ik=δik(I)_{ik} = \delta_{ik};δik\delta_{ik} 的定义参见 n14.9.
n12.6 A1A^{-1} 方阵 AA 的逆 AA1=A1A=I(detA0)AA^{-1} = A^{-1}A = I\quad (\det A \ne 0).detA\det A 的定义参见 n12.10.
n12.7 ATA^{\mathrm{T}};AA' AA 的转置矩阵 (AT)ik=(A)ki(A^{\mathrm{T}})_{ik} = (A)_{ki}.
n12.8 A\overline{A};AA^* AA 的复共轭矩阵 (A)ik=(A)ik\left(\overline{A}\right)_{ik}=\overline{(A)_{ik}}.
n12.9 AHA^{\mathrm{H}};AA^{\dagger} AA 的 Hermite 共轭矩阵 $A^{\mathrm{H}} = \left(\overline{A}\right)^{\mathrm{T}}$.
n12.10 detA\det A;参见[3] 方阵 AA 的行列式 也可使用 A\lvert A\rvert.
n12.11 rankA\operatorname{rank}A 矩阵 AA 的秩
n12.12 trA\operatorname{tr}A 方阵 AA 的迹 $\displaystyle\operatorname{tr}A=\sum\limits_{i}(A)_{ii}$.
n12.13 A\lVert A\rVert 矩阵 AA 的范数 满足三角不等式:若 A+B=CA + B = C, 则 A+BC\lVert A\rVert+\lVert B\rVert \geq \lVert C\rVert.

坐标系

本节考虑三维空间中的一些坐标系。点 O\mathrm{O} 为坐标系的 原点。任意点 P\mathrm{P} 均由从原点 O\mathrm{O} 到点 P\mathrm{P}位置向量 确定。

编号 坐标 位置向量和微分 坐标名 备注
n13.1 xxyyzz $\boldsymbol{r} = x \boldsymbol{e}_x + y \boldsymbol{e}_y + z \boldsymbol{e}_z$;$\mathrm{d}\boldsymbol{r} = \mathrm{d}x~\boldsymbol{e}_x + \mathrm{d}y~\boldsymbol{e}_y + \mathrm{d}z~\boldsymbol{e}_z$ 笛卡尔坐标 基向量 ex\boldsymbol{e}_xey\boldsymbol{e}_yez\boldsymbol{e}_z 构成右手正交系,见图 1 和图 4。基向量也可用 e1\boldsymbol{e}_1e2\boldsymbol{e}_2e3\boldsymbol{e}_3i\boldsymbol{i}j\boldsymbol{j}k\boldsymbol{k} 表示,坐标也可用 x1x_1x2x_2x3x_3iijjkk 表示。
n13.2 ρ\rhoφ\varphizz $\boldsymbol{r} = \rho~\boldsymbol{e}_{\rho} + z~\boldsymbol{e}_z$;$\mathrm{d}\boldsymbol{r} = \mathrm{d}\rho~\boldsymbol{e}_{\rho} +\rho~\mathrm{d}\varphi~\boldsymbol{e}_{\varphi} + \mathrm{d}z~\boldsymbol{e}_z$ 柱坐标 eρ(φ)\boldsymbol{e}_{\rho}(\varphi)eφ(φ)\boldsymbol{e}_{\varphi}(\varphi)ez\boldsymbol{e}_z 组成右手正交系,见图 2。若 z=0z = 0, 则 ρ\rhoφ\varphi 是平面上的极坐标。
n13.3 rrϑ\varthetaφ\varphi r=rer\boldsymbol{r} = r \boldsymbol{e}_r;$\mathrm{d}\boldsymbol{r} = \mathrm{d}r~\boldsymbol{e}_r + r~\mathrm{d}\vartheta~\boldsymbol{e}_{\vartheta} + r~\sin\vartheta~\mathrm{\mathrm{d}}\varphi~\boldsymbol{e}_{\varphi}$ 球坐标 er(ϑ,φ)\boldsymbol{e}_r(\vartheta, \varphi)eϑ(ϑ,φ)\boldsymbol{e}_{\vartheta}(\vartheta, \varphi)eφ(φ)\boldsymbol{e}_{\varphi}(\varphi) 组成右手正交系,见图 3。

如果不使用右手坐标系(见图 4),而使用左手坐标系(见图 5),则应在之前明确强调,以免符号误用。

图 1 右手笛卡尔坐标系

图 2 右手柱坐标系

图 3 右手球坐标系

图 4 右手坐标系

图 5 左手坐标系

标量和向量

本节中,基向量用 e1\boldsymbol{e}_1e2\boldsymbol{e}_2e3\boldsymbol{e}_3 表示。本节中的许多概念都可以推广到 nn 维空间。

标量和向量本身与坐标系的选择无关,而向量的每个标量分量与坐标系的选择有关。

对于基向量 e1\boldsymbol{e}_1e2\boldsymbol{e}_2e3\boldsymbol{e}_3, 每个向量 a\boldsymbol{a} 都可以表示为 $\boldsymbol{a}=a_1\boldsymbol{e}_1+a_2\boldsymbol{e}_2+a_3\boldsymbol{e}_3$, 其中 a1a_1a2a_2a3a_3 是唯一确定的标量值,将其称为向量相对于该组基向量的 "坐标",a1e1a_1\boldsymbol{e}_1a2e2a_2\boldsymbol{e}_2a3e3a_3\boldsymbol{e}_3 称为向量相对于该组基向量的分向量。

在本节中,只考虑普通空间的笛卡尔(正交)坐标。笛卡尔坐标用 xxyyzza1a_1a2a_2a3a_3x1x_1x2x_2x3x_3 表示。

本节所有下标 iijjkk 的范围均为 1133.

编号 符号,表达式 意义,等同表述 备注与示例
n14.1 a\boldsymbol{a};a\vec{a} 向量 a\boldsymbol{a}
n14.2 a+b\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b} 向量 a\boldsymbol{a}b\boldsymbol{b} 的和 (a+b)i=ai+bi(\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b})_i = a_i + b_i.
n14.3 xax\boldsymbol{a} 标量 xx 与向量 a\boldsymbol{a} 的乘积 (xa)i=xai(x\boldsymbol{a})_i = xa_i.
n14.4 a\lvert \boldsymbol{a}\rvert 向量 a\boldsymbol{a} 的大小,向量 a\boldsymbol{a} 的范数 $\lvert \boldsymbol{a}\rvert=\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}$;也可使用 a\lVert a\rVert.
n14.5 0\boldsymbol{0};0\vec{0} 零向量 零向量的大小为 00.
n14.6 ea\boldsymbol{e_a} a\boldsymbol{a} 方向的单位向量 $\boldsymbol{e_a} = \boldsymbol{a}/\lvert\boldsymbol{a}\rvert\quad (\boldsymbol{a}\ne \boldsymbol{0})$.
n14.7 ex\boldsymbol{e}_xey\boldsymbol{e}_yez\boldsymbol{e}_z;e1\boldsymbol{e}_1e2\boldsymbol{e}_2e3\boldsymbol{e}_3 笛卡尔坐标轴方向的单位向量 也可使用 i\boldsymbol{i}j\boldsymbol{j}k\boldsymbol{k}.
n14.8 axa_xaya_yaza_z;aia_i 向量 a\boldsymbol{a} 的笛卡尔分量 $\boldsymbol{a} = a_x \boldsymbol{e}_x + a_y \boldsymbol{e}_y + a_z \boldsymbol{e}_z$;如果上下文确定了基向量,则向量可以写为 a=(ax,ay,az)\boldsymbol{a} = (a_x, a_y, a_z).ax=aexa_x = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_xay=aeya_y = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_yaz=aeza_z = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_z;$\boldsymbol{r} = x\boldsymbol{e}_x + y\boldsymbol{e}_y + z\boldsymbol{e}_z$ 是坐标为 xxyyzz 的位置向量。
n14.9 δik\delta_{ik} Kronecker delta 符号 δik=1(i=k)\delta_{ik}=1\quad (i=k);δik=0(ik)\delta_{ik}=0\quad (i\ne k).
n14.10 εijk\varepsilon_{ijk} Levi-Civita 符号 $\varepsilon_{123} = \varepsilon_{231} = \varepsilon_{312} = 1$;$\varepsilon_{132} = \varepsilon_{321} = \varepsilon_{213} = -1$;其余的 εijk\varepsilon_{ijk} 均为 00.
n14.11 ab\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b} 向量 a\boldsymbol{a}b\boldsymbol{b} 的标量积/内积 $\displaystyle\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}=\sum\limits_i a_ib_i$.
n14.12 a×b\boldsymbol{a}\times\boldsymbol{b} 向量 a\boldsymbol{a}b\boldsymbol{b} 的向量积/外积 右手笛卡尔坐标系中,$\displaystyle (\boldsymbol{a}\times\boldsymbol{b})_i = \sum\limits_j\sum\limits_k\varepsilon_{ijk}a_jb_k$;εijk\varepsilon_{ijk} 的定义参见 n14.10.
n14.13 \mathbf{\nabla} nabla 算子 $\displaystyle \mathbf{\nabla} = \boldsymbol{e}_x\frac{\partial}{\partial x}+\boldsymbol{e}_y\frac{\partial}{\partial y}+\boldsymbol{e}_z\frac{\partial}{\partial z}=\sum\limits_i\boldsymbol{e}_i\frac{\partial}{\partial x_i}$.
n14.14 φ\mathbf{\nabla}\varphi;gradφ\operatorname{\mathbf{grad}}\varphi φ\varphi 的梯度 $\displaystyle \mathbf{\nabla}\varphi=\sum\limits_i\boldsymbol{e}_i\frac{\partial\varphi}{\partial x_i}$;grad\operatorname{\mathbf{grad}} 应使用 \operatorname{\mathbf{grad}}.
n14.15 a\mathbf{\nabla}\cdot\boldsymbol{a};diva\operatorname{\mathbf{div}}\boldsymbol{a} a\boldsymbol{a} 的散度 $\displaystyle \mathbf{\nabla}\cdot\boldsymbol{a}=\sum\limits_i\frac{\partial a_i}{\partial x_i}$;div\operatorname{\mathbf{div}} 应使用 \operatorname{\mathbf{div}}.
n14.16 ×a\mathbf{\nabla}\times\boldsymbol{a};rota\operatorname{\mathbf{rot}}\boldsymbol{a} a\boldsymbol{a} 的旋度 $\displaystyle (\mathbf{\nabla}\times\boldsymbol{a})_i=\sum\limits_j\sum\limits_k\varepsilon_{ijk}\frac{\partial a_k}{\partial x_j}$;rot\operatorname{\mathbf{rot}} 应使用 \operatorname{\mathbf{rot}}.不应使用 curl\operatorname{\mathbf{curl}}.εijk\varepsilon_{ijk} 的定义参见 n14.10.
n14.17 2\mathbf{\nabla}^2;Δ\Delta Laplace 算子 $\mathbf{\nabla}^2=\dfrac{\partial^2}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial z^2}$.

  1. $\dfrac{\partial(f_1, \dots, f_m)}{\partial(x_1, \dots, x_n)}=\begin{pmatrix}\dfrac{\partial f_1}{\partial x_1}&\cdots&\dfrac{\partial f_1}{\partial x_n}\\\vdots&\ddots&\vdots\\\dfrac{\partial f_m}{\partial x_1}&\cdots&\dfrac{\partial f_m}{\partial x_n}\end{pmatrix}$; 矩阵的定义参见 n12.1 ↩︎

  2. $\begin{pmatrix}a_{11}&\cdots&a_{1n}\\\vdots&\ddots&\vdots\\a_{m1}&\cdots&a_{mn}\end{pmatrix}$ ↩︎

  3. $\begin{vmatrix}a_{11}&\cdots&a_{1n}\\\vdots& &\vdots\\a_{n1}&\cdots&a_{nn}\end{vmatrix}$ ↩︎