微分方程及边值问题

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出版者:清华大学
作者:[英] 爱德华兹
出品人:
页数:673
译者:
出版时间:2007-4
价格:69.00元
装帧:平装
isbn号码:9787302142461
丛书系列:
图书标签:
  • 微分方程
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具体描述

微分方程及边值问题:计算与建模,ISBN:9787302142461,作者:(美)爱德华兹、等

《微分方程及边值问题》 内容梗概 本书深入探讨了微分方程及其在解决各种实际问题中的应用,重点关注了边值问题的理论与方法。从基础概念的引入,到高级理论的阐述,本书旨在为读者构建一个扎实而全面的微分方程知识体系。 第一部分:微分方程基础 第一章:微分方程概述 微分方程的定义、分类(常微分方程、偏微分方程,高阶与低阶,线性与非线性)。 微分方程在物理、工程、生物、经济等领域中的应用实例,强调其作为描述变化规律的数学语言的重要性。 基本术语介绍:阶、解、通解、特解、初始条件、边值条件。 第二章:一阶常微分方程的解法 可分离变量方程: 详细讲解此类方程的结构特点及求解步骤,提供多个典型例题。 齐次方程: 介绍齐次方程的定义,以及通过变量代换转化为可分离变量方程的方法。 线性一阶方程: 重点阐述积分因子法,并推导其通用解法,分析积分常数与初始条件的关系。 全微分方程: 介绍全微分方程的判别条件(若当公式),以及求解技巧。 伯努利方程: 讲解如何通过变量代换将其转化为线性一阶方程来求解。 克莱罗方程(Clairaut Equation): 介绍其特殊形式和求解方法,包括奇解的讨论。 应用实例: 结合物理(如放射性衰变、人口增长)、化学(如反应速率)和经济学(如投资增长)中的具体问题,演示一阶微分方程的建模与求解。 第三章:高阶线性常微分方程 二阶线性常微分方程(重点): 常系数齐次方程: 详细推导特征方程法,分析特征根的各种情况(实根、重根、复根)及其对应的通解形式。 常系数非齐次方程: 介绍待定系数法和常数变易法,分别处理不同形式的非齐次项。 变系数方程: 介绍降阶法(当已知一个特解时)和幂级数解法(通过幂级数展开近似求解)。 n阶线性常微分方程: 推广至n阶情况,介绍相关的基本理论(如叠加原理、线性无关的解)。 应用实例: 重点展示二阶常系数线性微分方程在振动学(如简谐振动、阻尼振动)、电路分析(RLC电路)、机械系统等领域的典型应用。 第二部分:边值问题及其方法 第四章:边值问题基础 边值问题的定义与分类: 区分初值问题(IVP)与边值问题(BVP),阐述边值问题在实际问题中的普遍性。 线性边值问题的基本性质: 讨论线性边值问题解的存在唯一性,介绍Green函数法的基本思想。 Sturm-Liouville (S-L) 边值问题: 定义和重要性。 S-L问题的性质:本征值(特征值)、本征函数(特征函数)的正交性,完备性。 本征值问题的求解举例。 第五章:求解边值问题的方法 解析方法(针对特定问题): 分离变量法(应用于偏微分方程的边值问题): 详细介绍如何通过分离变量将偏微分方程转化为一系列常微分方程,并利用边值条件确定常数。 利用本征函数展开: 介绍如何将未知解表示为已知本征函数的级数,并通过求解级数系数来得到解。 数值方法(处理更一般的情况): 有限差分法(Finite Difference Method): 将微分方程转化为代数方程组。 离散化导数,构建差分格式(如中心差分、向前差分、向后差分)。 讨论网格点、步长对精度的影响。 求解线性代数方程组的方法(如高斯消元法、迭代法)。 在简单边值问题上的应用举例。 有限元法(Finite Element Method): 基本思想:将求解域划分为有限个子区域(单元),在每个单元上用简单的函数(插值函数)近似原函数。 构造弱形式(积分形式)的方程。 推导单元刚度矩阵和载荷向量。 组装整体方程组。 求解线性代数方程组。 简要介绍其在各种复杂几何形状问题上的优势。 其他数值方法简介: 如打靶法(Shooting Method)用于求解二阶边值问题。 第三部分:应用与拓展 第六章:偏微分方程中的边值问题 经典偏微分方程简介: 热传导方程(一维): 描述热量在物体中的扩散过程。 波动方程(一维): 描述波的传播,如弦的振动。 拉普拉斯方程/泊松方程: 描述稳态场(如电势、流体流动)的分布。 分离变量法求解典型边值问题: 详细展示如何利用分离变量法求解这些方程在不同边界条件下的边值问题(如齐次边界条件、非齐次边界条件)。 傅里叶级数与傅里叶变换在求解中的作用: 介绍其作为处理周期性或非周期性边界条件的重要数学工具。 第七章:特解与奇解的进一步讨论 奇解的存在性与构造: 深入分析非线性方程中奇解的出现原因,以及识别和求解奇解的技巧。 泛解(General Solution)的概念: 在特定框架下的理解。 第八章:数值方法在复杂工程问题中的应用 传热学问题: 瞬态和稳态传热的数值模拟。 结构力学问题: 应力、应变分析,梁的弯曲问题。 流体力学问题: 流动模拟。 电磁场问题: 电势、磁场分布的计算。 总结 本书力求在理论严谨性和应用广泛性之间取得平衡。通过详细的推导、丰富的例题和应用实例,读者不仅能掌握微分方程和边值问题求解的各种方法,更能体会到它们在理解和解决科学技术问题中的强大力量。本书适合高等院校理工科专业本科生、研究生以及相关领域的研究人员和工程师阅读。

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关于《现代流体力学中的数值方法》这本书,我必须赞扬其对有限体积法的详细阐述。作者没有回避计算流体力学(CFD)中最棘手的问题——如何处理非线性对流项的离散化。书中对通量计算的讨论极为细致,尤其是关于各种高分辨率格式(如MUSCL、TVD方案)的推导和稳定性分析,简直是一部精美的数学艺术品。它清晰地展示了如何在保持精度的同时避免数值耗散和振荡。更棒的是,它不仅仅停留在理论层面,还配有大量关于求解器选择和网格生成策略的讨论,这对于实际进行仿真工作的工程师来说至关重要。阅读这本书的过程,就像是跟随一位经验丰富的导师,一步步穿越数值方法的迷雾,最终建立起对求解 Navier-Stokes 方程的强大信心。

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这本厚重的《理论物理学教程:热力学与统计物理》简直是打开了物理世界的一扇新窗户。作者深入浅出地剖析了热力学第二定律的精髓,那些关于熵增和不可逆过程的阐述,逻辑严密得让人拍案叫绝。我尤其欣赏书中对宏观热力学与微观统计力学之间桥梁的搭建。它没有停留在教科书上那些冰冷的公式堆砌,而是通过大量的实例,比如气体分子运动论的推导,清晰地展示了统计平均如何过渡到可观测的宏观量。读完关于玻尔兹曼分布和吉布斯系综的章节后,我感觉自己对“平衡态”这个概念有了更深刻的理解,不再是死记硬背的定义,而是一种基于概率和统计趋势的直观感受。对于那些希望真正掌握物理学思维方式,而不是仅仅应付考试的学生来说,这本书提供了无与伦比的深度和广度。它对理论的探讨细致入微,即便是对于像相变这样复杂的问题,也给出了非常精妙的数学描述和物理图像。

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《材料科学基础:从原子到宏观性能》这本书的插图质量实在令人不敢恭维,简直像是从上个世纪八十年代的低分辨率扫描仪里直接打印出来的。很多关键的微观结构,比如晶界缺陷和位错的示意图,都模糊不清,根本无法帮助读者区分不同的结构特征。内容上,它试图涵盖太多领域,从晶体学到热力学,再到机械性能测试,结果是每部分都蜻蜓点水,缺乏足够的深度去解释“为什么”会产生某种性能。当涉及到扩散机制的讨论时,作者只是简单罗列了几个阿伦尼乌斯方程的变体,却完全没有深入探讨温度梯度和应力场如何影响原子的迁移路径。总而言之,这本书更像是一本大而全的知识点汇编,而不是一本能引导深入思考的专业著作,对于需要理解材料内在机理的研究者来说,帮助非常有限。

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《高级线性代数导论》这本书的排版和内容组织简直是一场灾难,阅读体验极其糟糕。它的难度跨度太大,前三章还在缓慢介绍矩阵运算的基本性质,突然在第四章就开始讨论泛函分析中的拓扑向量空间,中间没有任何过渡性的章节来铺垫必要的知识储备。我花了大量时间去试图理解作者在证明李群性质时所引用的那些抽象概念,结果发现书后附录对这些前置知识的讲解简短到令人发指,仿佛读者已经拥有了数学系研究生级别的背景知识。更别提那些排印的错误,有些公式的上下标混淆简直是物理学界对读者智商的公然挑衅。我实在无法推荐给任何一个初学者,它更像是一份为少数精通该领域的研究人员准备的内部参考资料,而非一本普及性的教材。要从中汲取知识,恐怕得配合至少两本以上的补充读物,才能勉强填补它留下的巨大知识断层。

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翻开《应用概率过程与随机过程分析》,我立刻被那种严谨而又充满生命力的数学语言所吸引。这本书的厉害之处在于,它没有将随机过程仅仅视为一个数学工具箱,而是将其视为理解现实世界不确定性的核心框架。作者在讲解马尔可夫链时,引入了大量的金融建模和排队论的实际案例,这让抽象的转移概率变得具体可感。例如,书中关于布朗运动的经典论述,不仅详细推导了随机微分方程的解,还将其与股票价格波动的模型联系起来,这种跨学科的视野极大地拓宽了我的思维。我特别喜欢它对“鞅”概念的讨论,那种对期望值的非对称性处理,非常巧妙地捕捉了信息流对决策过程的影响。对于工程师和数据科学家而言,这本书提供的不仅仅是理论,更是一套处理复杂动态系统的实战心法。

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