跳转至

数学符号表

本文规定了 EDU 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 和《具体数学》的符号表修订,故基本与国内通行教材的符号体系惯用符号体系兼容.

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 pq 的合取 pq.
n1.2 p \lor q pq 的析取 pq;
此处的 "或" 是包含的,即若 pq 中有一个为真陈述,则 p \lor q 为真.
n1.3 \lnot p p 的否定 p.
n1.4 p \implies q p 蕴含 q;
p 为真,则 q 为真
q \impliedby pp \implies q 同义.
n1.5 p \iff q p 等价于 q (p \implies q) \land (q \implies p)p \iff q 同义.
n1.6 (\forall~x \in A)~~p(x) 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 Ax 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 Ax 是集合 A 中的元素 A \ni xx \in A 同义.
n2.2 y \notin A y 不属于 Ay 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
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,BA 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 BB \subseteq A 同义.
n2.8 B \subset A B 真包含于 A 中,BA 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.
\subset 的含义取 n2.7, 则 n2.8 对应的符号应使用 \subsetneq.
A \supset BB \subset A 同义.
n2.9 A \cup B AB 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 AB 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;
进一步,令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 \displaystyle \bigcup_{P(i)} A_i 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 A_i 之并集
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;
进一步,令 P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 \displaystyle \bigcap_{P(i)} A_i 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 A_i 之交集
n2.13 A \setminus B AB 的差集 A \setminus B = \{x ~\vert~ x \in A \land x \notin B\};
不应使用 A - B;
BA 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.
不引起歧义的情况下也可使用 \overline{B} 表示集合 B 的补集.
n2.14 (a, b) 有序数对 ab;
有序偶 ab
(a, b) = (c, d) 当且仅当 a = cb = 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 AB 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;
该符号的另一种用法参见 n6.8
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.
n2.19 \mathbf{1}_A 指示函数 \mathbf{1}_A(a)=[a\in A][\cdot] 的定义参见 n6.24
n2.20 \mathcal{P}(A);
2^A
幂集 \mathcal{P}(A)=\{S:S\subseteq A\}

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] ab 的闭区间 [a, b] = \{x \in \mathbf{R} ~\vert~ a \leq x \leq b\}.
n3.8 (a, b] ab 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) ab 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) ab 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 渐近等于 b 例如:
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 ab 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 MN 全等 MN 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 mn:
(\exists~k \in \mathbf{Z})~~m\cdot k = n.
n4.17 m \perp n mn 互质 对整数 mn:
(\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 nmk 同余 对整数 nkm:
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}) \mathrm{A}\mathrm{B} 之间的距离 \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 ab
n6.2 a - b ab
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
ab 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
P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 \displaystyle \sum_{P(i)} a_i 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 a_i 之和.
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
P(i) 为某个与 i 相关的命题,可使用 \displaystyle \prod_{P(i)} a_i 表示所有使 P(i) 为真的 i 对应的 a_i 之积;
该符号的另一种用法参见 n2.17
n6.9 a^p ap 次幂
n6.10 a^{1/2};
\sqrt{a}
a1/2 次方,a 的平方根 应避免使用 \sqrt{}a.
n6.11 a^{1/n};
\sqrt[n]{a}
a1/n 次幂,an 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\}
ab 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\}
ab 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 nm 的余数 对正整数 nm:
(\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 ab 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 ab 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.
n6.24 [P] Iverson 括号 若命题 P 为真,则 [P]=1,否则 [P]=0
n6.25 a\uparrow b
a\uparrow^{n} b
Knuth 箭头 对非负整数 a,b,n
a\uparrow^{n} b=a~\underbrace{\uparrow\dots\uparrow}_{n \text{ times}}~b
a\uparrow^{0} b=ab
a\uparrow^{1} b=a\uparrow b=a^b
a\uparrow^{n} 0=1\quad(n>0)
a\uparrow^{n}b=a\uparrow^{n-1}(a\uparrow^{n}(b-1)).
n6.26 [x^n]f(x) 多项式/形式幂级数/形式 Laurent 级数 f(x)x^n 项的系数 \displaystyle f(x)=\sum_{i} a_ix^i,则 [x^n]f(x)=a_n
可推广到多元情况,如若 \displaystyle f(x,y)=\sum_{i,j}a_{i,j}x^iy^j,则 [x^ny^m]f(x,y)=a_{n,m}.

组合数学

本节中的 nk 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}};
(a)_{-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}};
(a)_{+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^{\overline{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 fx 处的值
函数 f(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 fAB 的映射 \operatorname{dom} f=A(\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.
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 fg 的复合函数 (g\circ f)(x)=g(f(x)).
n8.9 f:x\mapsto y f(x)=yfx 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)
x 趋近于 af(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)
\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) f/gg/f 均有界时称 fg 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 0f(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'
fx 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)
fa 处的导(函)数值 参见 n8.15
n8.17 \dfrac{\mathrm{d}^n f}{\mathrm{d}x^n};
f^{(n)}
fxn 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''f''' 分别表示 f^{(2)}f^{(3)}.
n8.18 \dfrac{\partial f}{\partial x};
f_x
fx 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 fab 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 fg 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=2.718~281~8\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 ii
n11.2 \operatorname{Re} z z 的实部 参见 n11.3.
n11.3 \operatorname{Im} z z 的虚部 z = x + \mathrm{i} y\quad (x, y\in\mathbf{R}), 则 x = \operatorname{Re} zy = \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 z = r \mathrm{e}^{\mathrm{i}\varphi}, 其中 r = \lvert z\rvert-\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 AB 的和 (A + B)_{ij} = (A)_{ij} + (B)_{ij};
矩阵 AB 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 AB 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}位置向量 确定.

编号 坐标 位置向量和微分 坐标名 备注
n13.1 xyz \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图 4
基向量也可用 \boldsymbol{e}_1\boldsymbol{e}_2\boldsymbol{e}_3\boldsymbol{i}\boldsymbol{j}\boldsymbol{k} 表示,坐标也可用 x_1x_2x_3ijk 表示.
n13.2 \rho\varphiz \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
z = 0, 则 \rho\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,而使用 左手坐标系,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_1a_2a_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}_1a_2\boldsymbol{e}_2a_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 xyza_1a_2a_3x_1x_2x_3 表示.

本节所有下标 ijk 的范围均为 13.

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}\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_xa_ya_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}_xa_y = \boldsymbol{a}\cdot \boldsymbol{e}_ya_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 xyz 的位置向量.
n14.9 \delta_{ik} Kronecker delta 符号 \delta_{ik}=[i=k],其中 [\cdot] 的定义参见 n6.24,即:
\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}\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}\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 zw 是复数,kn 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}