Vector Calculus

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出版者:Prentice Hall
作者:Thomas H. Barr
出品人:
页数:429
译者:
出版时间:2000-11-17
价格:USD 90.67
装帧:Hardcover
isbn号码:9780130880055
丛书系列:
图书标签:
  • rhodes
  • math
  • calculus
  • 微积分
  • 向量分析
  • 数学
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具体描述

For one semester, sophomore-level courses in Vector Calculus and Multivariable Calculus. This brief book presents an accessible treatment of multivariable calculus with an early emphasis on linear algebra as a tool. The organization of the text draws strong analogies with the basic ideas of elementary calculus (derivative, integral, and fundamental theorem). Traditional in approach, it is written with an assumption that the student may have computing facilities for two- and three-dimensional graphics, and for doing symbolic algebra.

《空间几何的语言:解析几何与微积分的交响》 本书并非关于向量微积分的特定著作,而是旨在为读者构建一个坚实的数学基础,使其能够深入理解多变量函数的行为,并为进一步探索物理学、工程学、计算机图形学等领域中至关重要的数学工具——向量微积分——打下牢固根基。我们将一同踏上一段探索空间几何的语言,以及如何运用微积分的力量来描述和分析这些几何现象的旅程。 第一部分:空间中的点、线与平面——解析几何的基石 在深入探讨函数之前,我们必须首先掌握描述和操作空间几何的基本工具。本部分将聚焦于解析几何,将代数方程与几何图形巧妙地联系起来。 二维世界的画卷:平面上的坐标系与基本图形 我们将从最熟悉的二维平面开始,回顾笛卡尔坐标系如何将数字与点一一对应。然后,我们将学习如何用代数方程来表示直线、圆、椭圆、抛物线和双曲线这些基本的几何图形。理解它们的方程形式与其几何特征之间的关系,例如斜率与方向、圆心与半径、焦距与顶点等,将是解锁更复杂几何概念的关键。我们将通过大量的几何作图和代数推导,加深对这些基本图形的理解,并学习如何进行方程的变换以揭示图形的性质。 三维空间的拓展:立体坐标系与向量的初步认识 一旦熟悉了二维空间,我们便能轻松地将其拓展到三维。三维笛卡尔坐标系将如何让我们定位空间中的每一个点?我们将学习如何表示三维空间中的直线和平面,并探讨它们之间的关系,例如平行、相交以及点到直线/平面的距离计算。 更重要的是,我们将在此引入“向量”这一核心概念。向量不仅仅是一个点,它拥有大小和方向,是描述位移、速度、力等物理量的理想工具。我们将学习向量的加法、减法、标量乘法,并理解这些运算在几何上代表的意义。例如,向量的加法可以看作是“首尾相连”的路径,而标量乘法则改变向量的长度但保持其方向。我们还将初步接触向量的“数量积”(点乘)和“向量积”(叉乘),了解它们如何分别揭示两个向量之间的夹角信息以及生成与两个向量都垂直的新向量,为后续的微积分运算奠定基础。 从方程到图形,从图形到方程:解析几何的强大应用 我们将通过一系列实例,展示解析几何在解决几何问题中的强大威力。例如,如何求解两条直线/平面/直线与平面的交点,如何确定点到直线/平面的距离,如何描述两个平面之间的夹角等。这些问题看似纯几何,但通过代数方程的转化,我们可以得到精确的数值解。此外,我们还将学习如何识别二次曲线方程所代表的几何图形,理解系数的变化如何影响图形的形状和位置。 第二部分:变化的度量——微积分的入门 在掌握了描述空间几何的语言后,我们便能开始探索“变化”。微积分正是研究变化率和累积效应的数学工具。本部分将聚焦于微积分的基本思想和技术,为理解多变量函数的动态行为做好准备。 瞬息万变的瞬间:导数的概念与计算 导数是描述函数在某一点的变化率。我们将从直观的“切线斜率”出发,理解导数的几何意义。什么是“极限”?它是理解导数的核心概念,我们将通过一系列直观的例子和严格的定义来把握它。 然后,我们将学习各种基本的微分法则,包括幂函数、指数函数、对数函数、三角函数的求导方法,以及链式法则、乘积法则、商法则等。这些法则如同数学工具箱中的基本工具,能够让我们高效地计算几乎所有函数的导数。 导数的应用是广泛的。我们将探讨如何利用导数来分析函数的单调性、寻找函数的极值(最大值和最小值),以及确定函数的凹凸性和拐点。这些信息能够帮助我们绘制出函数图像的精确轮廓,理解函数的整体行为。 累积的轨迹:积分的概念与计算 与导数的研究“变化率”相反,积分研究的是“累积”。我们将从“面积”这一直观的几何问题出发,引入定积分的概念。定积分可以看作是无穷多个无穷小的矩形面积之和,它能够计算曲线下的面积、体积等。 我们将学习微积分的基本定理,这是连接导数和积分的桥梁,它表明求导和求积分是互逆的过程。这使得计算定积分变得更加高效。 然后,我们将学习各种基本的积分技巧,包括基本函数的积分、换元积分法、分部积分法等。这些技巧将帮助我们求解各种复杂的积分问题。 积分的应用同样极其广泛。我们将学习如何利用积分计算曲线下的面积、曲边图形的体积,以及曲线的弧长。这些计算在几何和物理学中都扮演着重要角色。 函数在无限小上的行为:泰勒展开与级数 当一个函数在某一点附近表现良好时,我们可以用一个多项式来近似它。泰勒展开公式提供了一种系统地将一个任意函数展开成无穷项多项式的方法。我们将学习如何计算函数的泰勒级数,并理解这些级数如何帮助我们近似复杂函数,从而便于分析和计算。 我们将探讨麦克劳林级数(泰勒级数在x=0处的特殊情况),并认识到许多我们熟悉的函数,如e^x、sin(x)、cos(x)等,都可以用简单的幂级数来表示。这将为我们理解函数的局部行为提供强大的工具。 第三部分:多变量世界的探索——迈向高维空间 在掌握了单变量函数的微积分后,我们将目光投向更广阔的多变量世界。本部分将介绍多变量函数的基本概念,并为理解和应用向量微积分铺平道路。 不止一个变量:多元函数的定义与几何直观 我们将学习如何定义包含多个自变量的函数,例如 f(x, y) 或 g(x, y, z)。在二维平面上,一个二元函数 f(x, y) 的图像不再是一条曲线,而是一个三维曲面。我们将学习如何通过绘制等高线来直观地理解和分析这些三维曲面的形状。 我们将探讨多元函数的极限和连续性,理解它们与单变量函数有何异同。 方向的变化率:偏导数的概念 当函数有多个自变量时,我们如何描述函数沿着某个特定方向的变化率?偏导数应运而生。我们将学习如何计算一个函数关于其中一个自变量的偏导数,并理解偏导数的几何意义——它表示函数在某一点处,沿着坐标轴正方向的变化率,对应于曲面在沿着该坐标轴方向的切线斜率。 我们将进一步推广到方向导数,它描述了函数在任意给定方向上的变化率,这对于理解函数在空间中的“倾斜”程度至关重要。 梯度:变化最快的方向 梯度是一个向量,它包含了函数在某一点处所有偏导数的信息。我们将学习如何计算梯度,并理解其重要的几何意义:梯度的方向指向函数值增长最快的方向,而梯度的模则表示该方向上的最大变化率。 梯度在优化问题中有着极其重要的应用,例如寻找函数的最大值和最小值。 曲面上的积分:线积分与面积分(概念性介绍) 虽然本书不深入讲解向量微积分的计算,但我们将在此介绍其核心概念,以期读者能够对后续的学习建立清晰的认识。 线积分是对沿着一条曲线进行的积分,它可以用于计算曲线的总质量、曲线上的功等。 面积分是对一个曲面进行的积分,它可以用于计算曲面的总质量、通过曲面的通量等。 这些概念的引入,将帮助读者理解微积分如何在更复杂的几何场景中发挥作用,为后续深入学习向量微积分打下坚实基础。 本书的宗旨 本书旨在成为一座桥梁,连接起解析几何的严谨性和微积分的强大分析能力。通过系统地学习这些基础概念,读者将能够: 清晰地理解和描述多维空间中的几何对象。 掌握分析函数变化率和累积效应的核心方法。 为学习物理学、工程学、经济学、计算机科学等领域中的更高级数学工具(如向量微积分)做好充分准备。 培养独立解决数学问题的能力,并能够将数学思想应用于实际问题。 我们相信,数学不仅仅是抽象的符号和公式,更是理解世界运行规律的语言。希望通过本书的学习,您能够领略到数学之美,并发现它在探索未知世界中的无限可能。

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读后感

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用户评价

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这本书给我最大的震撼在于其对几何直觉的培养。很多时候,我们在学习过程中只是机械地记忆了各种符号的运算规则,却无法在脑海中构建出它们所代表的实际物理图像。这本书恰恰弥补了这一点。作者非常注重“为什么”的阐述,而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。比如,在解释梯度向量场时,他花费了大量篇幅来阐述为什么这个向量指示了函数值增长最快的方向,这种对本质的挖掘,远比单纯给出梯度算子的定义来得有力。我发现,在阅读完与旋度和散度相关的章节后,我再去看那些流体力学或电磁学的应用例题时,那些原本令人困惑的矢量场行为,一下子就变得清晰明了,仿佛隔着一层薄雾的风景突然放晴了。这本书无疑是理论与实践之间一座坚固的桥梁,它不仅仅是数学工具箱,更是一本提升思维深度的指南。我感觉自己的空间想象能力在这段学习过程中得到了显著的提升,这对于任何涉及三维世界分析的工作来说,都是一笔宝贵的财富。

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坦白说,我一开始对拿起这本书是有点犹豫的,因为我总觉得这类数学著作难免会过于枯燥和学院派。然而,这本书完全颠覆了我的固有印象。作者的文笔非常流畅,甚至可以说是带着一种文学性的美感。他不仅仅是在罗列公式和定理,更像是在讲述一个关于维度、运动和变化的宏大故事。我特别喜欢作者在讲解多重积分时所采用的类比手法,他把抽象的积分区域想象成可以被“填充”的实体,这种具象化的描述,让那些原本只能在脑海中勾勒的图形变得触手可及。而且,书中对历史背景的穿插也很有意思,了解了这些理论是如何一步步发展和完善的,能让人对它们产生一种历史的敬畏感。这本书的排版也做得十分考究,图表的清晰度和标注的准确性都达到了专业水准,这在阅读复杂几何证明时尤为重要。它不是一本可以让你囫囵吞枣的书,你需要投入时间去细细品味每一个论断背后的逻辑推导,但这种投入是绝对值得的,它带来的知识收获是扎实而持久的。

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这本书的整体风格偏向于经典严谨,但其选材的广度却令人惊喜。它没有沉溺于纯粹的理论推导,而是巧妙地穿插了对实际物理现象的建模过程。我尤其欣赏作者在介绍表面积分时,是如何将物理上的“通量”概念与数学上的积分形式紧密结合起来的。书中对“通量”这个概念的解释,远比我之前读过的任何教材都要透彻和细致,它不仅解释了如何计算,更重要的是解释了为什么我们要这样计算。这种“以问题驱动”的讲解方式,让学习过程充满了探索的乐趣。对于那些希望将数学知识应用于工程或物理领域的读者来说,这本书提供了一个绝佳的蓝图。它教会我的不仅是计算技巧,更重要的是如何将一个现实世界的问题,准确地翻译成数学语言,并用强大的分析工具去求解。阅读这本书,感觉自己不仅仅是在学习一门数学分支,更是在学习一种严谨的问题解决哲学。它为我后续深入研究更复杂的非线性系统打下了坚实的基础。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象,那种简洁而富有力量感的线条,一下子就抓住了我的眼球。我原本就对这个领域抱有一些好奇,所以毫不犹豫地就把它带回了家。翻开书的第一页,我就被作者的叙述方式所吸引。他似乎有一种魔力,能将那些看似晦涩难懂的概念,用一种极为直观且富有启发性的方式展现出来。阅读的过程就像是进行一场思想的探险,每深入一层,都有新的发现和豁然开朗的感觉。尤其是那些关于空间变换和场论的讨论,作者的解释总是那么层层递进,让人能够清晰地把握住其中的脉络。书中的例题设计得也非常巧妙,它们不仅是对理论知识的巩固,更像是一座座通往更深层次理解的桥梁。我尤其欣赏作者在引入新概念时所采取的循序渐进的策略,这极大地降低了学习的门槛,让即便是初学者也能跟上节奏,不至于在中途就感到气馁。总的来说,这是一次非常愉快的阅读体验,它极大地激发了我对这门学科的兴趣,让我看到了理解这个世界的全新视角。

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我必须承认,这本书的深度是相当可观的,它毫不回避地触及了该领域内最核心和最精妙的部分。对于那些已经有一定微积分基础的读者来说,这本书无疑是一剂强效的催化剂。我特别欣赏作者在处理收敛性证明时所展现出的严谨性,没有丝毫的含糊不清,每一步的逻辑跳跃都经过了精心的铺垫和论证。书中包含的一些进阶主题,比如微分形式的引入,虽然初看起来有些抽象,但作者通过一系列精心构造的例子,逐步引导读者进入这个更广阔的数学框架。这种循序渐进但又不失深度的处理方式,体现了作者深厚的学术功底和高超的教学艺术。我花了好几个下午,才彻底理解了其中关于斯托克斯定理的完整阐述,那种茅塞顿开的感觉,是任何速成教材都无法给予的。它要求读者保持高度的专注和批判性思维,但作为回报,它为你打开了一扇通往高等数学和理论物理前沿的大门。这本书绝对值得被放在书架上,并时常翻阅,因为它蕴含的知识密度非常高。

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