Math-Symbols

本文摘自 https://oi-wiki.org/intro/symbol/


本文规定了 OI Wiki 中数学符号的推荐写法,并给出了一些应用范例。

本文参考了 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$p \land q$$p$ 和 $q$ 的合取$p$ 与 $q$.
n1.2$p \lor q$$p$ 和 $q$ 的析取$p$ 或 $q$;此处的 “或” 是包含的,即若 $p$,$q$ 中有一个为真陈述,则 $p \lor q$ 为真。
n1.3$\lnot p$$p$ 的否定非 $p$.
n1.4$p \implies q$$p$ 蕴含 $q$;若 $p$ 为真,则 $q$ 为真$q \impliedby p$ 和 $p \implies q$ 同义。
n1.5$p \iff q$$p$ 等价于 $q$$(p \implies q) \land (q \implies p)$ 和 $p \iff q$ 同义。
n1.6$(\forall~x \in A)~~p(x)$对 $A$ 中所有的 $x$, 命题 $p(x)$ 均为真如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 $A$, 可以使用记号 $(\forall~x)~~p(x)$.$\forall$ 称为全称量词。 $x \in A$ 的含义见 n2.1.
n1.7$(\exists~x \in A)~~p(x)$存在一个属于 $A$ 的 $x$ 使得 $p(x)$ 为真如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 $A$, 可以使用记号 $(\exists~x)~~p(x)$.$\exists$ 称为存在量词。 $x \in A$ 的含义见 n2.1. $(\exists!~x)~~p(x)$(唯一量词)用来表示恰有一个 $x$ 使得 $p(x)$ 为真。 $\exists!$ 也可以写作 $\exists^1$.

集合论

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n2.1$x \in A$$x$ 属于 $A$,$x$ 是集合 $A$ 中的元素$A \ni x$ 和 $x \in A$ 同义。
n2.2$y \notin A$$y$ 不属于 $A$,$y$ 不是集合 $A$ 中的元素
n2.3${x_1, x_2, \dots, x_n}$含元素 $x_1, x_2, \dots, x_n$ 的集合也可写作 ${x_i ~\vert~ i \in I}$, 其中 $I$ 表示指标集。
n2.4${x \in A ~\vert~ p(x)}$$A$ 中使命题 $p(x)$ 为真的所有元素组成的集合例如 ${x \in \textbf{R} ~\vert~ x \geq 5}$;如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 $A$,可以使用符号 ${x ~\vert~ p(x)}$(如在只考虑实数集时可使用 ${x ~\vert~ x \geq 5}$) $\vert$ 也可以使用冒号替代,如 ${x \in A : p(x)}$.
n2.5$\operatorname{card} A$;$\vert A\vert$$A$ 中的元素个数,$A$ 的基数
n2.6$\varnothing$空集不应使用 $\emptyset$.
n2.7$B \subseteq A$$B$ 包含于 $A$ 中,$B$ 是 $A$ 的子集$B$ 的每个元素都属于 $A$.$\subset$ 也可用于该含义,但请参阅 n2.8 的说明。 $A \supseteq B$ 和 $B \subseteq A$ 同义。
n2.8$B \subset A$$B$ 真包含于 $A$ 中,$B$ 是 $A$ 的真子集$B$ 的每个元素都属于 $A$, 且 $A$ 中至少有一个元素不属于 $B$.若 $\subset$ 的含义取 n2.7, 则 n2.8 对应的符号应使用 $\subsetneq$. $A \supset B$ 与 $B \subset A$ 同义。
n2.9$A \cup B$$A$ 和 $B$ 的并集$A \cup B := {x ~\vert~ x \in A \lor x \in B}$;$:=$ 的定义参见 n4.3
n2.10$A \cap B$$A$ 和 $B$ 的交集$A \cap B := {x ~\vert~ x \in A \land x \in B}$;$:=$ 的定义参见 n4.3
n2.11$\displaystyle \bigcup\limits_{i=1}^n A_i$集合 $A_1, A_2, \dots, A_n$ 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 $\displaystyle \bigcup\nolimits_{i=1}^n$,$\displaystyle \bigcup\limits_{i\in I}$,$\displaystyle \bigcup\nolimits_{i\in I}$, 其中 $I$ 表示指标集
n2.12$\displaystyle \bigcap\limits_{i=1}^n A_i$集合 $A_1, A_2, \dots, A_n$ 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 $\displaystyle \bigcap\nolimits_{i=1}^n$,$\displaystyle \bigcap\limits_{i\in I}$,$\displaystyle \bigcap\nolimits_{i\in I}$, 其中 $I$ 表示指标集
n2.13$A \setminus B$$A$ 和 $B$ 的差集$A \setminus B = {x ~\vert~ x \in A \land x \notin B}$;不应使用 $A - B$; 当 $B$ 是 $A$ 的子集时也可使用 $\complement_A B$, 如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 $A$,则 $A$ 可以省略。
n2.14$(a, b)$有序数对 $a$,$b$;有序偶 $a$,$b$$(a, b) = (c, d)$ 当且仅当 $a = c$ 且 $b = d$.
n2.15$(a_1, a_2, \dots, a_n)$有序 $n$ 元组参见 n2.14.
n2.16$A \times B$集合 $A$ 和 $B$ 的笛卡尔积$A \times B = {(x, y) ~\vert~ x \in A \land y \in B}$.
n2.17$\displaystyle \prod\limits_{i=1}^{n} A_i$集合 $A_1, A_2, \dots, A_n$ 的笛卡尔积$\displaystyle \prod\limits_{i=1}^{n} A_i={(x_1, x_2, \dots, x_n) ~\vert~ x_1 \in A_1, x_2 \in A_2, \dots, x_n \in A_n}$;$A \times A \times \dots \times A$ 记为 $A^n$, 其中 $n$ 是乘积中的因子数。
n2.18$\mathrm{id}_A$$A\times A$ 的对角集$\mathrm{id}_A={(x, x)~\vert~x\in A}$;如果从上下文中可以得知考虑的是哪个集合 $A$, 则 $A$ 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$\mathbf{N}$自然数集$\mathbf{N} = \{0, 1, 2, 3, \dots\}$; $\mathbf{N}^* = \mathbf{N}_+ = \{1, 2, 3, \dots\}$; 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 $\mathbb{N}$.
n3.2$\mathbf{Z}$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 $\mathbb{Z}$.
n3.3$\mathbf{Q}$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 $\mathbb{Q}$.
n3.4$\mathbf{R}$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 $\mathbb{R}$.
n3.5$\mathbf{C}$复数集$\mathbf{C}^* = \mathbf{C}_+ = \{z \in \mathbf{C} ~\vert~ z \ne 0\}$; 也可使用 $\mathbb{C}$.
n3.6$\mathbf{P}$(正)素数集$\mathbf{P} = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, \dots}$; 也可使用 $\mathbb{P}$.
n3.7$[a, b]$$a$ 到 $b$ 的闭区间$[a, b] = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x \leq b}$.
n3.8$(a, b]$$a$ 到 $b$ 的左开右闭区间$(a, b] = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x \leq b}$; $(-\infty, b] = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ x \leq b}$.
n3.9$[a, b)$$a$ 到 $b$ 的左闭右开区间$[a, b) = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x < b}$; $[a, +\infty) = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x}$.
n3.10$(a, b)$$a$ 到 $b$ 的开区间$(a, b) = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x < b}$; $(-\infty, b) = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ x < b}$; $(a, +\infty) = {x \in \mathbf{R} ~\vert~ a < x}$.

关系

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n4.1$a = b$$a$ 等于 $b$$\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$a \ne b$$a$ 不等于 $b$
n4.3$a := b$$a$ 定义为 $b$参见 n2.9, n2.10
n4.4$a \approx b$$a$ 约等于 $b$不排除相等。
n4.5$a \simeq b$$a$ 渐进等于 $b$例如:当 $x\to a$ 时,$\dfrac{1}{\sin(x-a)} \simeq \dfrac{1}{x-a}$; $x \to a$ 的含义参见 n4.15.
n4.6$a \propto b$$a$ 与 $b$ 成正比也可使用 $a \sim b$.$\sim$ 也用于表示等价关系。
n4.7$M \cong N$$M$ 与 $N$ 全等当 $M$ 和 $N$ 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 < b$$a$ 小于 $b$
n4.9$b > a$$b$ 大于 $a$
n4.10$a \leq b$$a$ 小于等于 $b$
n4.11$b \geq a$$b$ 大于等于 $a$
n4.12$a \ll b$$a$ 远小于 $b$
n4.13$b \gg a$$b$ 远大于 $a$
n4.14$\infty$无穷大该符号 是数字。也可以使用 $+\infty$,$-\infty$.
n4.15$x \to a$$x$ 趋近于 $a$一般出现在极限表达式中。$a$ 也可以为 $\infty$,$+\infty$,$-\infty$.
n4.16$m \mid n$$m$ 整除 $n$对整数 $m$,$n$:$(\exists~k \in \mathbf{Z})~~m\cdot k = n$.
n4.17$m \perp n$$m$ 与 $n$ 互质对整数 $m$,$n$:$(\nexists~k \in \mathbf{Z}_{>1})~~(k \mid m) \land (k \mid n)$; 该符号的另一种用法参见 n5.2
n4.18$n \equiv k \pmod m$$n$ 模 $m$ 与 $k$ 同余对整数 $n$,$k$,$m$:$m \mid (n - k)$; 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$\overline{\mathrm{AB}}$线段 $\mathrm{AB}$
n5.5$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$有向线段 $\mathrm{AB}$
n5.6$d(\mathrm{A}, \mathrm{B})$点 $\mathrm{A}$ 和 $\mathrm{B}$ 之间的距离即 $\overline{\mathrm{AB}}$ 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 + b$$a$ 加 $b$
n6.2$a - b$$a$ 减 $b$
n6.3$a \pm b$$a$ 加或减 $b$
n6.4$a \mp b$$a$ 减或加 $b$$-(a \pm b) = -a \mp b$.
n6.5$a \cdot b$;$a \times b$; $ab$$a$ 乘 $b$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$\dfrac{a}{b}$;$a/b$; $a:b$$a$ 除以 $b$$\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$\displaystyle \sum\limits_{i=1}^n a_i$$a_1 + a_2 + \dots + a_n$也可使用 $\displaystyle \sum\nolimits_{i=1}^n a_i$,$\displaystyle \sum\limits_i a_i$,$\displaystyle \sum\nolimits_i a_i$,$\displaystyle \sum a_i$.
n6.8$\displaystyle \prod\limits_{i=1}^n a_i$$a_1 \cdot a_2 \cdot \dots \cdot a_n$也可使用 $\displaystyle \prod\nolimits_{i=1}^n a_i$,$\displaystyle \prod\limits_i a_i$,$\displaystyle \prod\nolimits_i a_i$,$\displaystyle \prod a_i$.
n6.9$a^p$$a$ 的 $p$ 次幂
n6.10$a^{1/2}$;$\sqrt{a}$$a$ 的 $1/2$ 次方,$a$ 的平方根应避免使用 $\sqrt{}a$.
n6.11$a^{1/n}$;$\sqrt[n]{a}$$a$ 的 $1/n$ 次幂,$a$ 的 $n$ 次根应避免使用 $\sqrt[n]{}a$.
n6.12$\bar{x}$;$\bar{x}_a$$x$ 的算数均值其他均值有: 调和均值 $\bar{x}_h$; 几何均值 $\bar{x}_g$; 二次均值/均方根 $\bar{x}_q$$\bar{x}_{rms}$. $\bar{x}$ 也用于表示复数 $x$ 的共轭,参见 n11.6.
n6.13$\operatorname{sgn} a$$a$ 的符号函数对实数 $a$:$\operatorname{sgn} a=1\quad (a>0)$; $\operatorname{sgn} a=-1\quad (a<0)$; $\operatorname{sgn} 0=0$; 参见 n11.7.
n6.14$\inf M$$M$ 的下确界小于等于非空集合 $M$ 中元素的最大上界。
n6.15$\sup M$$M$ 的上确界大于等于非空集合 $M$ 中元素的最小下界。
n6.16$\lvert a\rvert$$a$ 的绝对值也可使用 $\operatorname{abs} a$.
n6.17$\lfloor a\rfloor$向下取整小于等于实数 $a$ 的最大整数例如: $\lfloor 2.4\rfloor = 2$; $\lfloor -2.4\rfloor = -3$.
n6.18$\lceil a\rceil$向上取整大于等于实数 $a$ 的最小整数例如: $\lceil 2.4\rceil = 3$; $\lceil -2.4\rceil = -2$.
n6.19$\min(a, b)$;$\min{a, b}$$a$ 和 $b$ 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 $\inf$, 参见 n6.14
n6.20$\max(a, b)$;$\max{a, b}$$a$ 和 $b$ 的最大值可推广到有限集中。 要表示无限集中的最大值建议使用 $\sup$, 参见 n6.15
n6.21$n \bmod m$$n$ 模 $m$ 的余数对正整数 $n$,$m$:$(\exists~q\in\mathbf{N}, r\in[0, m))~~n=qm+r$; 其中 $r=n \bmod m$.
n6.22$\gcd(a, b)$;$\gcd{a, b}$整数 $a$ 和 $b$ 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 $(a, b)$.
n6.23$\operatorname{lcm}(a, b)$;$\operatorname{lcm}{a, b}$整数 $a$ 和 $b$ 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 $[a, b]$; $(a, b)[a, b]=\lvert ab\rvert$.

组合数学

本节中的 $n$ 和 $k$ 是自然数,$a$ 是复数,且 $k\leq n$.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n7.1$n!$阶乘$n!=\prod_{k=1}^n k=1\cdot 2\cdot 3\cdot \dots \cdot n\quad (n>0)$;$0!=1$.
n7.2$a^{\underline{k}}$下降阶乘幂$a^{\underline{k}}=a\cdot(a-1)\cdot \dots \cdot(a-k+1)\quad (k>0)$;$a^{\underline{0}}=1$; $n^{\underline{k}}=\dfrac{n!}{(n-k)!}$.
n7.3$a^{\overline{k}}$上升阶乘幂$a^{\overline{k}}=a\cdot(a+1)\cdot \dots \cdot(a+k-1)\quad (k>0)$;$a^{\overline{0}}=1$; $n^{\underline{k}}=\dfrac{(n+k-1)!}{(n-1)!}$.
n7.4$\dbinom{n}{k}$组合数$\dbinom{n}{k}=\dfrac{n!}{k!(n-k)!}$.
n7.5$\displaystyle{n\brack k}$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$\displaystyle{n\brace k}$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$f$函数
n8.2$f(x)$,$f(x_1, \dots, x_n)$函数 $f$ 在 $x$ 处的值函数 $f$ 在 $(x_1, \dots, x_n)$ 处的值
n8.3$\operatorname{dom} f$$f$ 的定义域也可使用 $\mathrm{D}(f)$.
n8.4$\operatorname{ran} f$$f$ 的值域也可使用 $\mathrm{R}(f)$.
n8.5$f:A\to B$$f$ 是 $A$ 到 $B$ 的映射$\operatorname{dom} f=A$ 且 $(\forall~x \in\operatorname{dom} f)~~ f(x) \in B$.
n8.6$x\mapsto T(x), x\in A$将所有 $x\in A$ 映射到 $T(x)$ 的函数$T(x)$ 仅用于定义,用来表示某个参数为 $x\in A$ 的某个函数值。若这个函数为 $f$, 则对所有 $x\in A$ 均有 $f(x)=T(x)$. 因此 $T(x)$ 通常用来定义函数 $f$.例如: $x\mapsto 3x^2y, x\in[0, 2]$; 这是由 $3x^2y$ 定义的一个关于 $x$ 的二次函数。若未引入函数符号,则用 $3x^2y$ 表示该函数
n8.7$f^{-1}$$f$ 的反函数函数 $f$ 的反函数 $f^{-1}$ 有定义当且仅当 $f$ 是单射。若 $f$ 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 $f(x)^{-1}$ 混淆。
n8.8$g\circ f$$f$ 和 $g$ 的复合函数$(g\circ f)(x)=g(f(x))$.
n8.9$f:x\mapsto y$$f(x)=y$,$f$ 将 $x$ 映射到 $y$
n8.10$f\vert_a^b$;$f(\dots, u, \dots)\vert_{u=a}^{u=b}$$f(b)-f(a)$; $f(\dots, b, \dots)-f(\dots, a, \dots)$主要用于定积分的计算中。
n8.11$\displaystyle \lim\limits_{x\to a}f(x)$;$\lim\nolimits_{x\to a}f(x)$当 $x$ 趋近于 $a$ 时 $f(x)$ 的极限$\lim\nolimits_{x\to a}f(x)=b$ 可以写成 $f(x)\to b\quad (x \to a)$. 右极限和左极限的符号分别为 $\lim\nolimits_{x\to a+}f(x)$ 和 $\lim\nolimits_{x\to a-}f(x)$.
n8.12$f(x) = O(g(x))$$\lvert f(x)/g(x)\rvert$ 在上下文隐含的限制中有上界,$f(x)$ 的阶不高于 $g(x)$当 $f/g$ 与 $g/f$ 均有界时称 $f$ 与 $g$ 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: $\sin x=O(x)\quad (x\to 0)$.
n8.13$f(x) = o(g(x))$在上下文隐含的限制中有 $f(x)/g(x)\to 0$,$f(x)$ 的阶高于 $g(x)$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: $\cos x=1+o(x)\quad (x\to 0)$.
n8.14$\Delta f$$f$ 的有限增量上下文隐含的两函数值的差分。例如:$\Delta x=x_2-x_1$; $\Delta f(x)=f(x_2)-f(x_1)$.
n8.15$\dfrac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}$;$f'$$f$ 对 $x$ 的导(函)数仅用于一元函数。 可以显式指明自变量,如 $\dfrac{\mathrm{d}f(x)}{\mathrm{d}x}$,$f’(x)$.
n8.16$\left(\dfrac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}\right)_{x=a}$;$f’(a)$$f$ 在 $a$ 处的导(函)数值参见 n8.15
n8.17$\dfrac{\mathrm{d}^n f}{\mathrm{d}x^n}$;$f^{(n)}$$f$ 对 $x$ 的 $n$ 阶导(函)数仅用于一元函数。 可以显式指明自变量,如 $\dfrac{\mathrm{d}^n f(x)}{\mathrm{d}x^n}$,$f^{(n)}(x)$. 可用 $f’’$ 和 $f’’’$ 分别表示 $f^{(2)}$ 和 $f^{(3)}$.
n8.18$\dfrac{\partial f}{\partial x}$;$f_x$$f$ 对 $x$ 的偏导数仅用于多元函数。 可以显式指明自变量,如 $\dfrac{\partial f(x, y, \dots)}{\partial x}$,$f_x(x, y, \dots)$. 可以扩展到高阶,如 $f_{xx}=\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}=\dfrac{\partial}{\partial x}\left(\dfrac{\partial f}{\partial x}\right)$; $f_{xy}=\dfrac{\partial^2 f}{\partial y\partial x}=\dfrac{\partial}{\partial y}\left(\dfrac{\partial f}{\partial x}\right)$.
n8.19$\dfrac{\partial(f_1, \dots, f_m)}{\partial(x_1, \dots, x_n)}$Jacobi 矩阵参见1
n8.20$\mathrm{d}f$$f$ 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$\delta f$$f$ 的(无穷小)变分
n8.22$\displaystyle \int f(x)\mathrm{d}x$$f$ 的不定积分
n8.23$\displaystyle \int\limits_a^b f(x)\mathrm{d}x$$f$ 从 $a$ 到 $b$ 的定积分也可使用 $\displaystyle \int\nolimits_a^b f(x)\mathrm{d}x$;定积分还可以定义在更一般的域上。如 $\displaystyle\int\limits_C$,$\displaystyle\int\limits_S$,$\displaystyle\int\limits_V$,$\displaystyle\oint$, 分别表示在曲线 $C$, 曲面 $S$, 三维区域 $V$, 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$f*g$函数 $f$ 和 $g$ 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

$x$ 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$\mathrm{e}$自然对数的底$\displaystyle \mathrm{e}=\lim\limits_{n\to\infty}\left(1+\frac{1}{n}\right)^n=2.718~812~8~\dots$;不要写成 $e$.
n9.2$a^x$$x$ 的指数函数(以 $a$ 为底)参见 n6.9.
n9.3$\mathrm{e}^x$;$\exp x$$x$ 的指数函数(以 $\mathrm{e}$ 为底)
n9.4$\log_a x$$x$ 的以 $a$ 为底的对数当底数不需要指定的时候可以使用 $\log x$.不应用 $\log x$ 替换 $\ln x$,$\lg x$,$\operatorname{lb} x$ 中的任意一个。
n9.5$\ln x$$x$ 的自然对数$\ln x = \log_{\mathrm{e}} x$;参见 n9.4.
n9.6$\lg x$$x$ 的常用对数$\lg x = \log_{10} x$;参见 n9.4.
n9.7$\operatorname{lb} x$$x$ 的以 $2$ 为底的对数$\operatorname{lb} x = \log_2 x$;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$\pi$圆周率$\pi = 3.141~592~6\dots$.
n10.2$\sin x$$x$ 的正弦$\sin x=\dfrac{\mathrm{e}^{\mathrm{i}x}-\mathrm{e}^{-\mathrm{i}x}}{2\mathrm{i}}$;$(\sin x)^n$,$(\cos x)^n$($n\geq 2$) 等通常写为 $\sin^n x$,$\cos^n x$ 等。
n10.3$\cos x$$x$ 的余弦$\cos x = \sin(x + \pi/2)$.
n10.4$\tan x$$x$ 的正切$\tan x = \sin x/\cos x$;不可使用 $\operatorname{tg} x$.
n10.5$\cot x$$x$ 的余切$\cot x = 1/\tan x$;不可使用 $\operatorname{ctg} x$.
n10.6$\sec x$$x$ 的正割$\sec x = 1/\cos x$.
n10.7$\csc x$$x$ 的余割$\csc x = 1/\sin x$;不可使用 $\operatorname{cosec} x$.
n10.8$\arcsin x$$x$ 的反正弦$y = \arcsin x \iff x = \sin y\quad (-\pi/2 \leq y \leq \pi/2)$.
n10.9$\arccos x$$x$ 的反余弦$y = \arccos x \iff x = \cos y\quad (0 \leq y \leq \pi)$.
n10.10$\arctan x$$x$ 反正切$y = \arctan x \iff x = \tan y\quad (-\pi/2 \leq y \leq \pi/2)$;不可使用 $\operatorname{arctg} x$.
n10.11$\operatorname{arccot} x$$x$ 反余切$y = \operatorname{arccot} x \iff x = \cot y\quad (0 \leq y \leq \pi)$;不可使用 $\operatorname{arcctg} x$.
n10.12$\operatorname{arcsec} x$$x$ 反正割$y = \operatorname{arcsec} x \iff x = \sec y\quad (0\leq y \leq \pi, y\ne \pi/2)$.
n10.13$\operatorname{arccsc} x$$x$ 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 $\operatorname{arccosec} x$.
n10.14$\sinh x$$x$ 的双曲正弦$\sinh x=\dfrac{\mathrm{e}^x-\mathrm{e}^{-x}}{2}$;不可使用 $\operatorname{sh} x$.
n10.15$\cosh x$$x$ 的双曲余弦$\cosh^2 x = \sinh^2 x + 1$;不可使用 $\operatorname{ch} x$.
n10.16$\tanh x$$x$ 的双曲正切$\tanh x = \sinh x/\cosh x$;不可使用 $\operatorname{th} x$.
n10.17$\coth x$$x$ 的双曲余切$\coth x = 1/\tanh x$.
n10.18$\operatorname{sech} x$$x$ 的双曲正割$\operatorname{sech} x = 1/\cosh x$.
n10.19$\operatorname{csch} x$$x$ 的双曲余割$\operatorname{csch} x = 1/\sinh x$;不可使用 $\operatorname{cosech} x$.
n10.20$\operatorname{arsinh} x$$x$ 的反双曲正弦$y = \operatorname{arsinh} x \iff x = \sinh y$;不可使用 $\operatorname{arsh} x$.
n10.21$\operatorname{arcosh} x$$x$ 的反双曲余弦$y = \operatorname{arcosh} x \iff x = \cosh y\quad (y \geq 0)$;不可使用 $\operatorname{arch} x$.
n10.22$\operatorname{artanh} x$$x$ 的反双曲正切$y = \operatorname{artanh} x \iff x = \tanh y$;不可使用 $\operatorname{arth} x$.
n10.23$\operatorname{arcoth} x$$x$ 的反双曲余切$y = \operatorname{arcoth} x \iff x = \coth y\quad (y \ne 0)$.
n10.24$\operatorname{arsech} x$$x$ 的反双曲正割$y = \operatorname{arsech} x \iff x = \operatorname{sech} y\quad (y \geq 0)$.
n10.25$\operatorname{arcsch} x$$x$ 的反双曲余割$y = \operatorname{arcsch} x \iff x = \operatorname{csch} y\quad (y \geq 0)$;不可使用 $\operatorname{arcosech} x$.

复数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n11.1$\mathrm{i}$虚数单位$\mathrm{i}^2 = -1$;不可使用 $i$ 或 i
n11.2$\operatorname{Re} z$$z$ 的实部参见 n11.3.
n11.3$\operatorname{Im} z$$z$ 的虚部若 $z = x + \mathrm{i} y\quad (x, y\in\mathbf{R})$, 则 $x = \operatorname{Re} z$,$y = \operatorname{Im} z$.
n11.4$\lvert z\rvert$$z$ 的模$\lvert z\rvert=\sqrt{(\operatorname{Re} z)^2+(\operatorname{Im} z)^2}$.
n11.5$\arg z$$z$ 的辐角若 $z = r \mathrm{e}^{\mathrm{i}\varphi}$, 其中 $r = \lvert z\rvert$ 且 $-\pi < \varphi \leq \pi$, 则 $\varphi = \arg z$.$\operatorname{Re} z = r \cos \varphi$,$\operatorname{Im} z = r \sin \varphi$.
n11.6$\bar{z}$;$z^*$$z$ 的复共轭$\bar{z}=\operatorname{Re}z-\mathrm{i}\operatorname{Im}z$.
n11.7$\operatorname{sgn} z$$z$ 的单位模函数$\operatorname{sgn} z =z / \lvert z\rvert = \exp(\mathrm{i} \arg z)\quad (z \ne 0)$;$\operatorname{sgn} 0 = 0$; 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$A$;参见2$m\times n$ 型矩阵 $A$$a_{ij} = (A)_{ij}$; 也可使用 $A = (a_{ij})$. 其中 $m$ 为行数,$n$ 为列数 $m=n$ 时称为方阵 可用方括号替代圆括号。
n12.2$A + B$矩阵 $A$ 和 $B$ 的和$(A + B)_{ij} = (A)_{ij} + (B)_{ij}$;矩阵 $A$ 和 $B$ 的行数和列数必须分别相同。
n12.3$x A$标量 $x$ 和矩阵 $A$ 的乘积$(x A)_{ij} = x (A)_{ij}$.
n12.4$AB$矩阵 $A$ 和 $B$ 的乘积$\displaystyle(AB)_{ik} = \sum\limits_{j}(A)_{ij}(B)_{jk}$;矩阵 $A$ 的列数必须等于矩阵 $B$ 的行数。
n12.5$I$;$E$单位矩阵$(I)_{ik} = \delta_{ik}$; $\delta_{ik}$ 的定义参见 n14.9.
n12.6$A^{-1}$方阵 $A$ 的逆$AA^{-1} = A^{-1}A = I\quad (\det A \ne 0)$.$\det A$ 的定义参见 n12.10.
n12.7$A^{\mathrm{T}}$;$A'$$A$ 的转置矩阵$(A^{\mathrm{T}})_{ik} = (A)_{ki}$.
n12.8$\overline{A}$;$A^*$$A$ 的复共轭矩阵$\left(\overline{A}\right)_{ik}=\overline{(A)_{ik}}$.
n12.9$A^{\mathrm{H}}$;$A^{\dagger}$$A$ 的 Hermite 共轭矩阵$A^{\mathrm{H}} = \left(\overline{A}\right)^{\mathrm{T}}$.
n12.10$\det A$;参见3方阵 $A$ 的行列式也可使用 $\lvert A\rvert$.
n12.11$\operatorname{rank}A$矩阵 $A$ 的秩
n12.12$\operatorname{tr}A$方阵 $A$ 的迹$\displaystyle\operatorname{tr}A=\sum\limits_{i}(A)_{ii}$.
n12.13$\lVert A\rVert$矩阵 $A$ 的范数满足三角不等式:若 $A + B = C$, 则 $\lVert A\rVert+\lVert B\rVert \geq \lVert C\rVert$.

坐标系

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

编号坐标位置向量和微分坐标名备注
n13.1$x$,$y$,$z$$\boldsymbol{r} = x \boldsymbol{e}_x + y \boldsymbol{e}_y + z \boldsymbol{e}_z$;$\mathrm{d}\boldsymbol{r} = \mathrm{d}x~\boldsymbol{e}_x + \mathrm{d}y~\boldsymbol{e}_y + \mathrm{d}z~\boldsymbol{e}_z$笛卡尔坐标基向量 $\boldsymbol{e}_x$,$\boldsymbol{e}_y$,$\boldsymbol{e}_z$ 构成右手正交系,见图 1 和图 4。 基向量也可用 $\boldsymbol{e}_1$,$\boldsymbol{e}_2$,$\boldsymbol{e}_3$ 或 $\boldsymbol{i}$,$\boldsymbol{j}$,$\boldsymbol{k}$ 表示,坐标也可用 $x_1$,$x_2$,$x_3$ 或 $i$,$j$,$k$ 表示。
n13.2$\rho$,$\varphi$,$z$$\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$柱坐标$\boldsymbol{e}_{\rho}(\varphi)$,$\boldsymbol{e}_{\varphi}(\varphi)$,$\boldsymbol{e}_z$ 组成右手正交系,见图 2。 若 $z = 0$, 则 $\rho$ 和 $\varphi$ 是平面上的极坐标。
n13.3$r$,$\vartheta$,$\varphi$$\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}$球坐标$\boldsymbol{e}_r(\vartheta, \varphi)$,$\boldsymbol{e}_{\vartheta}(\vartheta, \varphi)$,$\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 $\boldsymbol{e}_1$,$\boldsymbol{e}_2$,$\boldsymbol{e}_3$ 表示。本节中的许多概念都可以推广到 $n$ 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 $\boldsymbol{e}_1$,$\boldsymbol{e}_2$,$\boldsymbol{e}_3$, 每个向量 $\boldsymbol{a}$ 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 $a_1$,$a_2$ 和 $a_3$ 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”,$a_1\boldsymbol{e}_1$,$a_2\boldsymbol{e}_2$ 和 $a_3\boldsymbol{e}_3$ 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 $x$,$y$,$z$ 或 $a_1$,$a_2$,$a_3$ 或 $x_1$,$x_2$,$x_3$ 表示。

本节所有下标 $i$,$j$,$k$ 的范围均为 $1$ 到 $3$.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n14.1$\boldsymbol{a}$;$\vec{a}$向量 $\boldsymbol{a}$
n14.2$\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b}$向量 $\boldsymbol{a}$ 和 $\boldsymbol{b}$ 的和$(\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b})_i = a_i + b_i$.
n14.3$x\boldsymbol{a}$标量 $x$ 与向量 $\boldsymbol{a}$ 的乘积$(x\boldsymbol{a})_i = xa_i$.
n14.4$\lvert \boldsymbol{a}\rvert$向量 $\boldsymbol{a}$ 的大小,向量 $\boldsymbol{a}$ 的范数$\lvert \boldsymbol{a}\rvert=\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}$;也可使用 $\lVert a\rVert$.
n14.5$\boldsymbol{0}$;$\vec{0}$零向量零向量的大小为 $0$.
n14.6$\boldsymbol{e_a}$$\boldsymbol{a}$ 方向的单位向量$\boldsymbol{e_a} = \boldsymbol{a}/\lvert\boldsymbol{a}\rvert\quad (\boldsymbol{a}\ne \boldsymbol{0})$.
n14.7$\boldsymbol{e}_x$,$\boldsymbol{e}_y$,$\boldsymbol{e}_z$;$\boldsymbol{e}_1$,$\boldsymbol{e}_2$,$\boldsymbol{e}_3$笛卡尔坐标轴方向的单位向量也可使用 $\boldsymbol{i}$,$\boldsymbol{j}$,$\boldsymbol{k}$.
n14.8$a_x$,$a_y$,$a_z$;$a_i$向量 $\boldsymbol{a}$ 的笛卡尔分量$\boldsymbol{a} = a_x \boldsymbol{e}_x + a_y \boldsymbol{e}_y + a_z \boldsymbol{e}_z$; 如果上下文确定了基向量,则向量可以写为 $\boldsymbol{a} = (a_x, a_y, a_z)$. $a_x = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_x$,$a_y = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_y$,$a_z = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_z$; $\boldsymbol{r} = x\boldsymbol{e}_x + y\boldsymbol{e}_y + z\boldsymbol{e}_z$ 是坐标为 $x$,$y$,$z$ 的位置向量。
n14.9$\delta_{ik}$Kronecker delta 符号$\delta_{ik}=1\quad (i=k)$;$\delta_{ik}=0\quad (i\ne k)$.
n14.10$\varepsilon_{ijk}$Levi-Civita 符号$\varepsilon_{123} = \varepsilon_{231} = \varepsilon_{312} = 1$;$\varepsilon_{132} = \varepsilon_{321} = \varepsilon_{213} = -1$; 其余的 $\varepsilon_{ijk}$ 均为 $0$.
n14.11$\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}$向量 $\boldsymbol{a}$ 和 $\boldsymbol{b}$ 的标量积/内积$\displaystyle\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}=\sum\limits_i a_ib_i$.
n14.12$\boldsymbol{a}\times\boldsymbol{b}$向量 $\boldsymbol{a}$ 和 $\boldsymbol{b}$ 的向量积/外积右手笛卡尔坐标系中,$\displaystyle (\boldsymbol{a}\times\boldsymbol{b})_i = \sum\limits_j\sum\limits_k\varepsilon_{ijk}a_jb_k$;$\varepsilon_{ijk}$ 的定义参见 n14.10.
n14.13$\mathbf{\nabla}$nabla 算子$\displaystyle \mathbf{\nabla} = \boldsymbol{e}_x\frac{\partial}{\partial x}+\boldsymbol{e}_y\frac{\partial}{\partial y}+\boldsymbol{e}_z\frac{\partial}{\partial z}=\sum\limits_i\boldsymbol{e}_i\frac{\partial}{\partial x_i}$.
n14.14$\mathbf{\nabla}\varphi$;$\operatorname{\mathbf{grad}}\varphi$$\varphi$ 的梯度$\displaystyle \mathbf{\nabla}\varphi=\sum\limits_i\boldsymbol{e}_i\frac{\partial\varphi}{\partial x_i}$; $\operatorname{\mathbf{grad}}$ 应使用 $\operatorname{\mathbf{grad}}$.
n14.15$\mathbf{\nabla}\cdot\boldsymbol{a}$;$\operatorname{\mathbf{div}}\boldsymbol{a}$$\boldsymbol{a}$ 的散度$\displaystyle \mathbf{\nabla}\cdot\boldsymbol{a}=\sum\limits_i\frac{\partial a_i}{\partial x_i}$; $\operatorname{\mathbf{div}}$ 应使用 $\operatorname{\mathbf{div}}$.
n14.16$\mathbf{\nabla}\times\boldsymbol{a}$;$\operatorname{\mathbf{rot}}\boldsymbol{a}$$\boldsymbol{a}$ 的旋度$\displaystyle (\mathbf{\nabla}\times\boldsymbol{a})_i=\sum\limits_j\sum\limits_k\varepsilon_{ijk}\frac{\partial a_k}{\partial x_j}$; $\operatorname{\mathbf{rot}}$ 应使用 $\operatorname{\mathbf{rot}}$. 不应使用 $\operatorname{\mathbf{curl}}$. $\varepsilon_{ijk}$ 的定义参见 n14.10.
n14.17$\mathbf{\nabla}^2$;$\Delta$Laplace 算子$\mathbf{\nabla}^2=\dfrac{\partial^2}{\partial x^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial y^2}+\dfrac{\partial^2}{\partial z^2}$.

特殊函数

本节中的 $z$,$w$ 是复数,$k$,$n$ 是自然数,且 $k\leq n$。

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n15.1$\gamma$Euler–Mascheroni 常数$\displaystyle \gamma=\lim\limits_{n\to\infty}\left(\sum\limits_{k=1}^n\frac{1}{k}-\ln n\right)= 0.577~215~6 \dots$.
n15.2$\Gamma(z)$gamma 函数$\displaystyle\Gamma(z)=\int\limits_0^{\infty}t^{z-1}\mathrm{e}^{-t}\mathrm{d}t\quad (\operatorname{Re}z>0)$;$\Gamma(n+1)=n!$.
n15.3$\zeta(z)$Riemann zeta 函数$\displaystyle\zeta(z)=\sum\limits_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^z}\quad (\operatorname{Re}z>1)$.
n15.4$\operatorname{B}(z, w)$beta 函数$\displaystyle\operatorname{B}(z, w)=\int\limits_0^1 t^{z-1}(1-t)^{w-1}\mathrm{d}t\quad (\operatorname{Re} z>0$,$\operatorname{Re} w>0)$;$\operatorname{B}(z, w)=\dfrac{\Gamma(z)\Gamma(w)}{\Gamma(z+w)}$;$\dfrac{1}{(n+1)\operatorname{B}(k+1, n-k+1)}=\dbinom{n}{k}$.

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