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数学符号表

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
n1.1pqpq 的合取pq.
n1.2pqpq 的析取pq;
此处的 "或" 是包含的,即若 pq 中有一个为真陈述,则 pq 为真。
n1.3¬pp 的否定p.
n1.4pqp 蕴含 q;
p 为真,则 q 为真
qppq 同义。
n1.5pqp 等价于 q(pq)(qp)pq 同义。
n1.6( xA)  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 ( x)  p(x).
称为全称量词。
xA 的含义见 n2.1.
n1.7( xA)  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 ( x)  p(x).
称为存在量词。
xA 的含义见 n2.1.
(! x)  p(x)(唯一量词)用来表示恰有一个 x 使得 p(x) 为真。
! 也可以写作 1.

集合论

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n2.1xAx 属于 Ax 是集合 A 中的元素AxxA 同义。
n2.2yAy 不属于 Ay 不是集合 A 中的元素
n2.3{x1,x2,,xn}含元素 x1,x2,,xn 的集合也可写作 {xi | iI}, 其中 I 表示指标集。
n2.4{xA | p(x)}A 中使命题 p(x) 为真的所有元素组成的集合例如 {xR | x5};
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 | p(x)}(如在只考虑实数集时可使用 {x | x5}
| 也可以使用冒号替代,如 {xA:p(x)}.
n2.5cardA;
|A|
A 中的元素个数,A 的基数
n2.6空集不应使用 .
n2.7BAB 包含于 A 中,BA 的子集B 的每个元素都属于 A.
也可用于该含义,但请参阅 n2.8 的说明。
ABBA 同义。
n2.8BAB 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.
的含义取 n2.7, 则 n2.8 对应的符号应使用 .
ABBA 同义。
n2.9ABAB 的并集AB:={x | xAxB};
:= 的定义参见 n4.3
n2.10ABAB 的交集AB:={x | xAxB};
:= 的定义参见 n4.3
n2.11i=1nAi集合 A1,A2,,An 的并集i=1nAi=A1A2An;
也可使用 i=1niIiI, 其中 I 表示指标集
n2.12i=1nAi集合 A1,A2,,An 的交集i=1nAi=A1A2An;
也可使用 i=1niIiI, 其中 I 表示指标集
n2.13ABAB 的差集AB={x | xAxB};
不应使用 AB;
BA 的子集时也可使用 AB, 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 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(a1,a2,,an)有序 n 元组参见 n2.14.
n2.16A×B集合 AB 的笛卡尔积A×B={(x,y) | xAyB}.
n2.17i=1nAi集合 A1,A2,,An 的笛卡尔积i=1nAi={(x1,x2,,xn) | x1A1,x2A2,,xnAn};
A×A××A 记为 An, 其中 n 是乘积中的因子数。
n2.18idAA×A 的对角集idA={(x,x) | xA};
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
n3.1N自然数集N={0,1,2,3,};
N=N+={1,2,3,};
可用如下方式添加其他限制:N>5={nN | n>5};
也可使用 N.
n3.2Z整数集Z=Z+={nZ | n0};
可用如下方式添加其他限制:Z>3={nZ | n>3};
也可使用 Z.
n3.3Q有理数集Q=Q+={rQ | r0};
可用如下方式添加其他限制:Q<0={rQ | r<0};
也可使用 Q.
n3.4R实数集R=R+={xR | x0};
可用如下方式添加其他限制:R>0={xR | x>0};
也可使用 R.
n3.5C复数集C=C+={zC | z0};
也可使用 C.
n3.6P(正)素数集P={2,3,5,7,11,13,17,};
也可使用 P.
n3.7[a,b]ab 的闭区间[a,b]={xR | axb}.
n3.8(a,b]ab 的左开右闭区间(a,b]={xR | a<xb};
(,b]={xR | xb}.
n3.9[a,b)ab 的左闭右开区间[a,b)={xR | ax<b};
[a,+)={xR | ax}.
n3.10(a,b)ab 的开区间(a,b)={xR | a<x<b};
(,b)={xR | x<b};
(a,+)={xR | a<x}.

关系

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n4.1a=ba 等于 b 用于强调某等式是恒等式
该符号的另一个含义参见 n4.18.
n4.2aba 不等于 b
n4.3a:=ba 定义为 b参见 n2.9, n2.10
n4.4aba 约等于 b不排除相等。
n4.5aba 渐进等于 b例如:
xa 时,1sin(xa)1xa;
xa 的含义参见 n4.15.
n4.6abab 成正比也可使用 ab.
也用于表示等价关系。
n4.7MNMN 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。
n4.8a<ba 小于 b
n4.9b>ab 大于 a
n4.10aba 小于等于 b
n4.11bab 大于等于 a
n4.12aba 远小于 b
n4.13bab 远大于 a
n4.14无穷大该符号 是数字。
也可以使用 +.
n4.15xax 趋近于 a一般出现在极限表达式中。
a 也可以为 +.
n4.16mnm 整除 n对整数 mn:
( kZ)  mk=n.
n4.17mnmn 互质对整数 mn:
( kZ>1)  (km)(kn);
该符号的另一种用法参见 n5.2
n4.18nk(modm)nmk 同余对整数 nkm:
m(nk);
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平行
n5.2垂直该符号的另一种用法参见 n4.17
n5.3(平面)角
n5.4AB线段 AB
n5.5AB有向线段 AB
n5.6d(A,B)AB 之间的距离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
n6.1a+bab
n6.2abab
n6.3a±ba 加或减 b
n6.4aba 减或加 b(a±b)=ab.
n6.5ab;
a×b;
ab
ab若出现小数点,则应只使用 ×;
部分用例参见 n2.16, n2.17, n14.11, n14.12
n6.6ab;
a/b;
a:b
a 除以 bab=ab1;
可用 : 表示同一量纲的数值的比率。
不应使用 ÷.
n6.7i=1naia1+a2++an也可使用 i=1naiiaiiaiai.
n6.8i=1naia1a2an也可使用 i=1naiiaiiaiai.
n6.9apap 次幂
n6.10a1/2;
a
a1/2 次方,a 的平方根应避免使用 a.
n6.11a1/n;
an
a1/n 次幂,an 次根应避免使用 na.
n6.12x¯;
x¯a
x 的算数均值其他均值有:
调和均值 x¯h;
几何均值 x¯g;
二次均值/均方根 x¯qx¯rms.
x¯ 也用于表示复数 x 的共轭,参见 n11.6.
n6.13sgnaa 的符号函数对实数 a:
sgna=1(a>0);
sgna=1(a<0);
sgn0=0;
参见 n11.7.
n6.14infMM 的下确界小于等于非空集合 M 中元素的最大上界。
n6.15supMM 的上确界大于等于非空集合 M 中元素的最小下界。
n6.16|a|a 的绝对值也可使用 absa.
n6.17a向下取整
小于等于实数 a 的最大整数
例如:
2.4=2;
2.4=3.
n6.18a向上取整
大于等于实数 a 的最小整数
例如:
2.4=3;
2.4=2.
n6.19min(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
n6.20max(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
n6.21nmodmnm 的余数对正整数 nm:
( qN,r[0,m))  n=qm+r;
其中 r=nmodm.
n6.22gcd(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).
n6.23lcm(a,b);
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]=|ab|.

组合数学

本节中的 nk 是自然数,a 是复数,且 kn.

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n7.1n!阶乘n!=k=1nk=123n(n>0);
0!=1.
n7.2ak下降阶乘幂ak=a(a1)(ak+1)(k>0);
a0=1;
nk=n!(nk)!.
n7.3ak上升阶乘幂ak=a(a+1)(a+k1)(k>0);
a0=1;
nk=(n+k1)!(n1)!.
n7.4(nk)组合数(nk)=n!k!(nk)!.
n7.5[nk]第一类 Stirling 数[n+1k]=n[nk]+[nk1];
xn=k=0n[nk]xk.
n7.6{nk}第二类 Stirling 数{nk}=1k!i=0k(1)i(ki)(ki)n;
k=0n{nk}xk=xn.

函数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n8.1f函数
n8.2f(x)f(x1,,xn)函数 fx 处的值
函数 f(x1,,xn) 处的值
n8.3domff 的定义域也可使用 D(f).
n8.4ranff 的值域也可使用 R(f).
n8.5f:ABfAB 的映射domf=A( xdomf)  f(x)B.
n8.6xT(x),xA将所有 xA 映射到 T(x) 的函数T(x) 仅用于定义,用来表示某个参数为 xA 的某个函数值。若这个函数为 f, 则对所有 xA 均有 f(x)=T(x). 因此 T(x) 通常用来定义函数 f.
例如:
x3x2y,x[0,2];
这是由 3x2y 定义的一个关于 x 的二次函数。若未引入函数符号,则用 3x2y 表示该函数
n8.7f1f 的反函数函数 f 的反函数 f1 有定义当且仅当 f 是单射。
f 是单射,则 dom(f1)=ranfran(f1)=domf, 且 ( xdomf)  f1(f(x))=x.
不要与函数的倒数 f(x)1 混淆。
n8.8gffg 的复合函数(gf)(x)=g(f(x)).
n8.9f:xyf(x)=yfx 映射到 y
n8.10f|ab;
f(,u,)|u=au=b
f(b)f(a);
f(,b,)f(,a,)
主要用于定积分的计算中。
n8.11limxaf(x);
limxaf(x)
x 趋近于 af(x) 的极限limxaf(x)=b 可以写成 f(x)b(xa).
右极限和左极限的符号分别为 limxa+f(x)
limxaf(x).
n8.12f(x)=O(g(x))|f(x)/g(x)| 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:
sinx=O(x)(x0).
n8.13f(x)=o(g(x))在上下文隐含的限制中有 f(x)/g(x)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:
cosx=1+o(x)(x0).
n8.14Δff 的有限增量上下文隐含的两函数值的差分。例如:
Δx=x2x1;
Δf(x)=f(x2)f(x1).
n8.15dfdx;
f
fx 的导(函)数仅用于一元函数。
可以显式指明自变量,如 df(x)dxf(x).
n8.16(dfdx)x=a;
f(a)
fa 处的导(函)数值参见 n8.15
n8.17dnfdxn;
f(n)
fxn 阶导(函)数仅用于一元函数。
可以显式指明自变量,如 dnf(x)dxnf(n)(x).
可用 ff 分别表示 f(2)f(3).
n8.18fx;
fx
fx 的偏导数仅用于多元函数。
可以显式指明自变量,如 f(x,y,)xfx(x,y,).
可以扩展到高阶,如 fxx=2fx2=x(fx);
fxy=2fyx=y(fx).
n8.19(f1,,fm)(x1,,xn)Jacobi 矩阵参见1
n8.20dff 的全微分df(x,y,)=fxdx+fydy+.
n8.21δff 的(无穷小)变分
n8.22f(x)dxf 的不定积分
n8.23abf(x)dxfab 的定积分也可使用 abf(x)dx;
定积分还可以定义在更一般的域上。如 CSV, 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 等。
n8.24fg函数 fg 的卷积(fg)(x)=f(y)g(xy)dy.

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
n9.1e自然对数的底e=limn(1+1n)n=2.718 281 8;
不要写成 e.
n9.2axx 的指数函数(以 a 为底)参见 n6.9.
n9.3ex;
expx
x 的指数函数(以 e 为底)
n9.4logaxx 的以 a 为底的对数当底数不需要指定的时候可以使用 logx.
不应用 logx 替换 lnxlgxlbx 中的任意一个。
n9.5lnxx 的自然对数lnx=logex;
参见 n9.4.
n9.6lgxx 的常用对数lgx=log10x;
参见 n9.4.
n9.7lbxx 的以 2 为底的对数lbx=log2x;
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
n10.1π圆周率π=3.141 592 6.
n10.2sinxx 的正弦sinx=eixeix2i;
(sinx)n(cosx)n(n2) 等通常写为 sinnxcosnx 等。
n10.3cosxx 的余弦cosx=sin(x+π/2).
n10.4tanxx 的正切tanx=sinx/cosx;
不可使用 tgx.
n10.5cotxx 的余切cotx=1/tanx;
不可使用 ctgx.
n10.6secxx 的正割secx=1/cosx.
n10.7cscxx 的余割cscx=1/sinx;
不可使用 cosecx.
n10.8arcsinxx 的反正弦y=arcsinxx=siny(π/2yπ/2).
n10.9arccosxx 的反余弦y=arccosxx=cosy(0yπ).
n10.10arctanxx 反正切y=arctanxx=tany(π/2yπ/2);
不可使用 arctgx.
n10.11arccotxx 反余切y=arccotxx=coty(0yπ);
不可使用 arcctgx.
n10.12arcsecxx 反正割y=arcsecxx=secy(0yπ,yπ/2).
n10.13arccscxx 的反余割y=arccscxx=cscy(π/2yπ/2,y0);
不可使用 arccosecx.
n10.14sinhxx 的双曲正弦sinhx=exex2;
不可使用 shx.
n10.15coshxx 的双曲余弦cosh2x=sinh2x+1;
不可使用 chx.
n10.16tanhxx 的双曲正切tanhx=sinhx/coshx;
不可使用 thx.
n10.17cothxx 的双曲余切cothx=1/tanhx.
n10.18sechxx 的双曲正割sechx=1/coshx.
n10.19cschxx 的双曲余割cschx=1/sinhx;
不可使用 cosechx.
n10.20arsinhxx 的反双曲正弦y=arsinhxx=sinhy;
不可使用 arshx.
n10.21arcoshxx 的反双曲余弦y=arcoshxx=coshy(y0);
不可使用 archx.
n10.22artanhxx 的反双曲正切y=artanhxx=tanhy;
不可使用 arthx.
n10.23arcothxx 的反双曲余切y=arcothxx=cothy(y0).
n10.24arsechxx 的反双曲正割y=arsechxx=sechy(y0).
n10.25arcschxx 的反双曲余割y=arcschxx=cschy(y0);
不可使用 arcosechx.

复数

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n11.1i虚数单位i2=1;
不可使用 ii
n11.2Rezz 的实部参见 n11.3.
n11.3Imzz 的虚部z=x+iy(x,yR), 则 x=Rezy=Imz.
n11.4|z|z 的模|z|=(Rez)2+(Imz)2.
n11.5argzz 的辐角z=reiφ, 其中 r=|z|π<φπ, 则 φ=argz.
Rez=rcosφImz=rsinφ.
n11.6z¯;
z
z 的复共轭z¯=ReziImz.
n11.7sgnzz 的单位模函数sgnz=z/|z|=exp(iargz)(z0);
sgn0=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
n12.1A;
参见2
m×n 型矩阵 Aaij=(A)ij;
也可使用 A=(aij). 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。
n12.2A+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。
n12.3xA标量 x 和矩阵 A 的乘积(xA)ij=x(A)ij.
n12.4AB矩阵 AB 的乘积(AB)ik=j(A)ij(B)jk;
矩阵 A 的列数必须等于矩阵 B 的行数。
n12.5I;
E
单位矩阵(I)ik=δik;
δik 的定义参见 n14.9.
n12.6A1方阵 A 的逆AA1=A1A=I(detA0).
detA 的定义参见 n12.10.
n12.7AT;
A
A 的转置矩阵(AT)ik=(A)ki.
n12.8A;
A
A 的复共轭矩阵(A)ik=(A)ik.
n12.9AH;
A
A 的 Hermite 共轭矩阵AH=(A)T.
n12.10detA;
参见3
方阵 A 的行列式也可使用 |A|.
n12.11rankA矩阵 A 的秩
n12.12trA方阵 A 的迹trA=i(A)ii.
n12.13A矩阵 A 的范数满足三角不等式:若 A+B=C, 则 A+BC.

坐标系

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

编号坐标位置向量和微分坐标名备注
n13.1xyzr=xex+yey+zez;
dr=dx ex+dy ey+dz ez
笛卡尔坐标基向量 exeyez 构成右手正交系,见图 1 和图 4。
基向量也可用 e1e2e3ijk 表示,坐标也可用 x1x2x3ijk 表示。
n13.2ρφzr=ρ eρ+z ez;
dr=dρ eρ+ρ dφ eφ+dz ez
柱坐标eρ(φ)eφ(φ)ez 组成右手正交系,见图 2。
z=0, 则 ρφ 是平面上的极坐标。
n13.3rϑφr=rer;
dr=dr er+r dϑ eϑ+r sinϑ dφ eφ
球坐标er(ϑ,φ)eϑ(ϑ,φ)eφ(φ) 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 e1e2e3 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 e1e2e3, 每个向量 a 都可以表示为 a=a1e1+a2e2+a3e3, 其中 a1a2a3 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",a1e1a2e2a3e3 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 xyza1a2a3x1x2x3 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
n14.1a;
a
向量 a
n14.2a+b向量 ab 的和(a+b)i=ai+bi.
n14.3xa标量 x 与向量 a 的乘积(xa)i=xai.
n14.4|a|向量 a 的大小,向量 a 的范数|a|=ax2+ay2+az2;
也可使用 a.
n14.50;
0
零向量零向量的大小为 0.
n14.6eaa 方向的单位向量ea=a/|a|(a0).
n14.7exeyez;
e1e2e3
笛卡尔坐标轴方向的单位向量也可使用 ijk.
n14.8axayaz;
ai
向量 a 的笛卡尔分量a=axex+ayey+azez;
如果上下文确定了基向量,则向量可以写为 a=(ax,ay,az).
ax=aexay=aeyaz=aez;
r=xex+yey+zez 是坐标为 xyz 的位置向量。
n14.9δikKronecker delta 符号δik=1(i=k);
δik=0(ik).
n14.10εijkLevi-Civita 符号ε123=ε231=ε312=1;
ε132=ε321=ε213=1;
其余的 εijk 均为 0.
n14.11ab向量 ab 的标量积/内积ab=iaibi.
n14.12a×b向量 ab 的向量积/外积右手笛卡尔坐标系中,(a×b)i=jkεijkajbk;
εijk 的定义参见 n14.10.
n14.13nabla 算子=exx+eyy+ezz=ieixi.
n14.14φ;
gradφ
φ 的梯度φ=ieiφxi;
grad 应使用 \operatorname{\mathbf{grad}}.
n14.15a;
diva
a 的散度a=iaixi;
div 应使用 \operatorname{\mathbf{div}}.
n14.16×a;
rota
a 的旋度(×a)i=jkεijkakxj;
rot 应使用 \operatorname{\mathbf{rot}}.
不应使用 curl.
εijk 的定义参见 n14.10.
n14.172;
Δ
Laplace 算子2=2x2+2y2+2z2.

特殊函数

本节中的 zw 是复数,kn 是自然数,且 kn

编号符号,表达式意义,等同表述备注与示例
n15.1γEuler–Mascheroni 常数γ=limn(k=1n1klnn)=0.577 215 6.
n15.2Γ(z)gamma 函数Γ(z)=0tz1etdt(Rez>0);
Γ(n+1)=n!.
n15.3ζ(z)Riemann zeta 函数ζ(z)=n=11nz(Rez>1).
n15.4B(z,w)beta 函数B(z,w)=01tz1(1t)w1dt(Rez>0Rew>0);
B(z,w)=Γ(z)Γ(w)Γ(z+w);
1(n+1)B(k+1,nk+1)=(nk).

  1. (f1,,fm)(x1,,xn)=(f1x1f1xnfmx1fmxn); 矩阵的定义参见 n12.1 

  2. (a11a1nam1amn) 

  3. |a11a1nan1ann|