| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.1.A |
|
涉及参数、向量与矩阵的函数
AP 微积分预备 · 第 4 主题
4.1
参数方程函数
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
第 4 单元是课程的一部分但不在 AP 微积分预备考试中考查(考试只覆盖第 1–3 单元);它构建后面课程里使用的工具。
一个参数函数(parametric function)通过把两个坐标都作为第三个变量、参数(parameter)$t$ 的函数给出来描述一条曲线:$\big(x(t),\,y(t)\big)$。随着 $t$ 走过它的定义域,点描出一条路径——而,不像 $y=f(x)$,这条路径可能环绕或与自己交叉。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| parametric function | 参数函数 | cān shù hán shù |
| parameter | 参数 | cān shù |
4.2
用参数方程函数为平面运动建模
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.2.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
把 $t$ 读作时间,一个参数函数为平面里的运动建模。$x(t)$ 和 $y(t)$ 给出水平和竖直位置;点行进的方向是随着 $t$ 增加曲线被画出的顺序(用箭头标记它)。
4.3
参数方程函数与变化率
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.3.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
在 $t$ 的一个区间上,$x$ 的平均变化率是 $\dfrac{\Delta x}{\Delta t}$ 而 $y$ 的是 $\dfrac{\Delta y}{\Delta t}$。它们的符号告诉你点向哪个方向移动(右/左、上/下);它们一起描述运动沿路径的速率和方向。
4.4
参数定义的圆与直线
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.4.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个中心在 $(h,k)$ 的半径 $R$ 的圆是 $x=h+R\cos t,\ y=k+R\sin t$。一条通过 $(x_0,y_0)$、方向 $(a,b)$ 的线是 $x=x_0+at,\ y=y_0+bt$。调整系数改变起点、速率和描出的方向。
4.5
隐函数
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.5.A |
|
4.5.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个隐式(implicit)方程把 $x$ 和 $y$ 关联而不解出任一个,例如 $x^2+y^2=25$。它的图象可能不通过竖直线测试(不是一个函数),所以它常常被分成片段或参数地描述。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| implicit | 隐式 | yǐn shì |
4.6
圆锥曲线
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.6.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
圆锥曲线(conic sections)——圆、椭圆、抛物线和双曲线——是切割一个圆锥得到的曲线,每个由一个 $x$ 和 $y$ 的二次方程给出。它们的标准形式揭示中心、顶点、轴和渐近线。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Conic sections | 圆锥曲线 | yuán zhuī qū xiàn |
4.7
隐函数的参数化
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.7.A |
|
4.7.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
许多隐式曲线能被参数化(parametrized)——重写为 $\big(x(t),y(t)\big)$ ——这使它们更容易画图并作为运动处理。上面的圆是基本例子;椭圆用 $x=h+A\cos t,\ y=k+B\sin t$。
4.8
向量
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.8.A |
|
4.8.B |
|
4.8.C |
|
4.8.D |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个向量(vector)既有大小(magnitude)(长度)又有方向。用分量 $\langle a,b\rangle$ 写它。逐分量地相加向量;通过乘每个分量来缩放;大小是 $\sqrt{a^2+b^2}$。向量为位移、速度和力建模。

Add two vectors tip to tail
A vector has magnitude and direction. Adding two vectors places them tip to tail; the resultant runs from the first tail to the last tip. Drag each to see the sum.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| vector | 向量 | xiàng liàng |
| magnitude | 大小 | dà xiǎo |
4.9
向量值函数
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.9.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个向量值函数(vector-valued function)为每个输入输出一个向量,例如 $\vec{r}(t)=\langle x(t),y(t)\rangle$ ——与一个参数函数相同的信息,打包为一个移动的位置向量。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| vector-valued function | 向量值函数 | xiàng liàng zhí hán shù |
4.10
矩阵
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.10.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个矩阵(matrix)是数字的一个矩形阵列。逐项相加相同大小的矩阵;通过把行与列组合把一个矩阵乘以一个兼容的矩阵。矩阵紧凑地存储和变换数据。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| matrix | 矩阵 | jǔ zhèn |
4.11
矩阵的逆与行列式
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.11.A |
|
4.11.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个 $2\times 2$ 矩阵 $\begin{bmatrix} a & b \\ c & d\end{bmatrix}$ 的行列式(determinant)是 $ad-bc$。一个矩阵恰好当它的行列式非零时有一个逆矩阵(inverse);逆矩阵撤销这个矩阵,而它解矩阵方程(像数字的一个倒数)。
Worked example. 对于 $A=\begin{bmatrix}3 & 1\\ 2 & 4\end{bmatrix}$,行列式是 $ad-bc=(3)(4)-(1)(2)=10$。因为它非零,$A$ 可逆,而 $A^{-1}=\dfrac{1}{10}\begin{bmatrix}4 & -1\\ -2 & 3\end{bmatrix}$(交换对角线、取反副对角线、除以行列式)。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| determinant | 行列式 | háng liè shì |
| inverse | 逆矩阵 | nì jǔ zhèn |
4.12
线性变换与矩阵
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.12.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个 $2\times 2$ 矩阵作为平面的一个线性变换(linear transformation)——旋转、反射、拉伸,或错切点——通过乘每个位置向量。行列式测量变换如何缩放面积(而它的符号告诉是否取向翻转)。
Worked example. 矩阵 $\begin{bmatrix}2 & 0\\ 0 & 3\end{bmatrix}$ 把平面水平拉伸 $2$、竖直 $3$,把向量 $\begin{bmatrix}1\\1\end{bmatrix}$ 送到 $\begin{bmatrix}2\\3\end{bmatrix}$。它的行列式 $2\times3=6$ 意味着每个面积被乘以 $6$,所以单位正方形变成一个 $2\times3$ 矩形。

Transform the plane with a matrix
A $2\times2$ matrix maps every point to a new one, so it stretches, rotates or shears the whole grid. Change the entries and watch the unit square transform.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| linear transformation | 线性变换 | xiàn xìng biàn huàn |
4.13
作为函数的矩阵
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.13.A |
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4.13.B |
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4.13.C |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
因为一个矩阵把输入向量映射到输出向量,它是平面上的一个函数。复合变换对应于乘它们的矩阵,而逆矩阵反转这个映射。
4.14
用矩阵为情境建模
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
4.14.A |
|
4.14.B |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
矩阵为分阶段向前步进的系统建模——例如,每年在状态之间移动的种群。用一个转移矩阵(transition matrix)的重复相乘一次一步地推进模型,所以矩阵幂预测长期行为。
4.14
考试技巧
- 一个参数函数分别给出 $x(t)$ 和 $y(t)$ ——随着 $t$ 增加追踪运动的方向。
- 一个向量有大小和方向;逐分量地相加并用 $\sqrt{a^2+b^2}$ 求大小。
- 一个 $2\times2$ 矩阵的行列式是 $ad-bc$(注意负号);它在变换下缩放面积。
- 一个 $2\times2$ 矩阵变换平面(旋转、反射、拉伸);只有当行列式非零时逆矩阵存在。
- 注意这个单元不在 AP 微积分预备考试中考查(只考第 1–3 单元),但它支撑后面的课程。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。