Principles of Linear Algebra With Maple

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出版者:
作者:Shiskowski, Kenneth; Frinkle, Karl;
出品人:
页数:596
译者:
出版时间:2010-9
价格:839.00元
装帧:
isbn号码:9780470637593
丛书系列:
图书标签:
  • 线性代数
  • 线性代数
  • Maple
  • 数学
  • 高等教育
  • 理工科
  • 算法
  • 矩阵
  • 向量
  • 数值计算
  • 教材
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具体描述

An accessible introduction to the theoretical and computational aspects of linear algebra using MapleTM Many topics in linear algebra can be computationally intensive, and software programs often serve as important tools for understanding challenging concepts and visualizing the geometric aspects of the subject. Principles of Linear Algebra with Maple uniquely addresses the quickly growing intersection between subject theory and numerical computation, providing all of the commands required to solve complex and computationally challenging linear algebra problems using Maple. The authors supply an informal, accessible, and easy-to-follow treatment of key topics often found in a first course in linear algebra. Requiring no prior knowledge of the software, the book begins with an introduction to the commands and programming guidelines for working with Maple. Next, the book explores linear systems of equations and matrices, applications of linear systems and matrices, determinants, inverses, and Cramer's rule. Basic linear algebra topics such as vectors, dot product, cross product, and vector projection are explained, as well as the more advanced topics of rotations in space, rolling a circle along a curve, and the TNB Frame. Subsequent chapters feature coverage of linear transformations from Rn to Rm, the geometry of linear and affine transformations, least squares fits and pseudoinverses, and eigenvalues and eigenvectors. The authors explore several topics that are not often found in introductory linear algebra books, including sensitivity to error and the effects of linear and affine maps on the geometry of objects. The Maple software highlights the topic's visual nature, as the book is complete with numerous graphics in two and three dimensions, animations, symbolic manipulations, numerical computations, and programming. In addition, a related Web site features supplemental material, including Maple code for each chapter's problems, solutions, and color versions of the book's figures. Extensively class-tested to ensure an accessible presentation, Principles of Linear Algebra with Maple is an excellent book for courses on linear algebra at the undergraduate level. It is also an ideal reference for students and professionals who would like to gain a further understanding of the use of Maple to solve linear algebra problems.

《线性代数原理与 Maple 应用》 内容梗概: 本书旨在为读者提供扎实的线性代数理论基础,并深入探讨如何利用 Maple 这一强大的数学软件工具来解决线性代数中的实际问题。全书内容严谨,逻辑清晰,从最基础的概念出发,逐步深入到更复杂的理论和应用。 第一部分:基本概念与向量空间 向量与向量空间: 我们将从向量的定义、运算(加法、标量乘法)开始,介绍向量的几何意义。随后,我们将引入向量空间的概念,探讨其基本性质,如线性组合、张成、线性无关与线性相关。读者将理解如何判断一个集合是否构成向量空间,以及如何确定向量组的秩。 基与维度: 本部分将重点介绍向量空间的基的概念,即能够张成该空间且线性无关的向量组。我们将学习如何寻找给定向量空间的基,并理解向量空间维度的概念。这对于理解向量空间的“大小”和“自由度”至关重要。 子空间: 读者将学习什么是向量空间的子空间,以及如何判断一个集合是否为子空间。我们将探讨子空间的交集与和,以及它们在向量空间结构中的重要性。 Maple 实践: 在本部分,我们将引入 Maple 的基本语法,演示如何使用 Maple 创建向量、进行向量运算、检验线性相关性、寻找向量组的基以及计算向量空间的维度。通过 Maple 的可视化和计算能力,读者可以更直观地理解抽象的向量空间概念。 第二部分:矩阵及其运算 矩阵的定义与运算: 本章将详细介绍矩阵的定义、类型(如方阵、对称矩阵、对角矩阵等)以及矩阵的各种运算:加法、减法、标量乘法、矩阵乘法。我们将深入探讨矩阵乘法的性质,并理解其在变换和模型中的应用。 行列式: 我们将学习行列式的定义、计算方法(代数余子式展开、行变换等)及其基本性质。行列式在判断矩阵可逆性、求解线性方程组以及计算矩阵的特征值等方面扮演着核心角色。 矩阵的秩: 本部分将定义矩阵的秩,并介绍计算矩阵秩的不同方法,例如通过行阶梯形矩阵或利用行列式。矩阵秩与向量空间维度紧密相关,是理解矩阵性质的关键。 逆矩阵: 我们将定义逆矩阵,并学习如何求解逆矩阵,例如使用伴随矩阵法或初等行变换法。逆矩阵的存在性与矩阵是否可逆(行列式不为零)密切相关,它在方程组求解和矩阵方程处理中至关重要。 Maple 实践: Maple 在矩阵运算方面提供了极其便捷的功能。我们将演示如何使用 Maple 创建矩阵、执行各种矩阵运算、计算行列式、求解逆矩阵以及确定矩阵的秩。利用 Maple 的符号计算能力,可以大大简化复杂的矩阵运算。 第三部分:线性方程组 线性方程组的表示: 本章将介绍线性方程组的系数矩阵、增广矩阵以及向量形式。读者将理解不同表示方式之间的联系。 解的存在性与唯一性: 我们将深入探讨线性方程组解的存在性与唯一性判别准则,主要基于系数矩阵的秩与增广矩阵的秩之间的关系。 求解方法: 本部分将详细介绍求解线性方程组的经典方法,包括高斯消元法(以及高斯-约旦消元法)和克拉默法则。我们将分析这些方法的原理和适用范围。 齐次与非齐次线性方程组: 我们将分别讨论齐次(右侧全为零)和非齐次线性方程组的解的结构。对于非齐次方程组,我们将介绍其通解是由特解与同解方程组的通解构成。 Maple 实践: Maple 提供了直接求解线性方程组的命令。我们将展示如何使用 Maple 输入方程组,并利用其强大的求解器快速获得方程组的解,包括特解和通解。此外,还可以利用 Maple 来演示高斯消元过程,加深对算法的理解。 第四部分:特征值与特征向量 特征值与特征向量的定义: 本章将引入特征值与特征向量的概念,解释它们在描述线性变换中的重要作用。特征向量表示了在某个线性变换下方向不变的向量。 求解特征值与特征向量: 我们将学习如何通过计算特征方程(det(A - λI) = 0)来求解特征值,然后通过解相应的齐次线性方程组来求解特征向量。 特征空间: 本部分将介绍与特征值相对应的特征空间,即所有特征向量(包括零向量)构成的子空间。 对角化: 我们将探讨可对角化的条件,并学习如何将矩阵对角化。对角化矩阵能够极大地简化矩阵运算,尤其是在求解高次幂或微分方程组时。 Maple 实践: Maple 在求解特征值与特征向量方面功能强大。我们将演示如何使用 Maple 命令计算给定矩阵的特征值和特征向量,并进一步展示如何进行矩阵的对角化。这对于理解和应用特征值理论至关重要。 第五部分:线性变换 线性变换的定义与性质: 本章将正式定义线性变换,并探讨其基本性质,如叠加性、齐次性。读者将理解线性变换如何将向量从一个向量空间映射到另一个向量空间。 矩阵表示: 我们将学习如何找到表示给定线性变换的矩阵。通过矩阵,我们可以将线性变换的性质和计算转化为矩阵的运算。 核与像: 本部分将介绍线性变换的核(零空间)与像(值域),并探讨它们与向量空间维度之间的关系(秩-零度定理)。 Maple 实践: Maple 可以用来定义和操作线性变换,并生成其对应的矩阵表示。我们将演示如何使用 Maple 来计算线性变换的核与像,以及研究其变换的几何意义。 第六部分:内积空间与正交性 内积与范数: 本章将引入内积的概念,以及由内积定义的向量范数(长度)。我们将学习欧几里得内积及其性质。 正交性: 我们将定义向量的正交性,即内积为零。正交向量在几何和代数上具有特殊的意义。 正交基与格拉姆-施密特正交化: 本部分将介绍正交基的概念,并学习格拉姆-施密特正交化方法,用于从任意线性无关向量组构造一组正交基。 最小二乘法: 内积空间的概念在最小二乘法中有着重要的应用。我们将探讨如何利用正交投影来求解超定方程组的最优近似解。 Maple 实践: Maple 可以用来计算向量的内积和范数,并执行格拉姆-施密特正交化过程。我们还将展示如何使用 Maple 来解决最小二乘问题。 Maple 贯穿全书: 在本书的每一个部分,我们都将积极地将 Maple 融入教学之中。通过具体的 Maple 命令和示例,读者可以: 可视化抽象概念: 利用 Maple 的绘图功能,将向量、向量空间、线性变换等抽象概念可视化,帮助读者建立直观理解。 验证理论结果: 对于理论推导出的结论,可以使用 Maple 进行数值验证,增强信心。 解决复杂计算: 大大减轻繁琐的计算工作,使读者能够更专注于理解理论和算法本身。 探索更广泛的应用: 通过 Maple,读者可以更轻松地探索线性代数在不同领域的实际应用,如图论、数据科学、控制理论等。 本书的编写风格注重启发性与实践性相结合,旨在帮助读者不仅掌握线性代数的理论精髓,更能熟练运用 Maple 这一强大的工具来解决实际问题,为进一步学习和研究打下坚实的基础。

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用户评价

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我一直认为,一本优秀的数学教材应该能够激发读者的好奇心,引导他们主动去探索更深层次的问题。这本书在这方面做得非常出色。它不像有些教材那样,把知识点生硬地塞给你,而是通过提出一系列引人入胜的问题来驱动学习进程。例如,在引入线性相关性和基的概念时,它会先探讨“我们是否能用更少的信息来描述一个空间中的所有向量?”这样的问题,这种以问题为导向的教学方法极大地增强了我的学习主动性。此外,书中对抽象代数中一些基础概念的引入处理得非常巧妙,它在不牺牲初学者理解的前提下,为后续学习更高级的结构(比如模或域)埋下了伏笔。这种前瞻性的设计让这本书的“保质期”非常长,即使我未来转向更专业的领域,这本书里的基础框架依然坚固可靠。它的深度和广度完美地平衡了基础教学与专业预备知识的衔接,确实配得上“Principles”这个名字。

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从一个纯粹的阅读体验和教材设计角度来看,这本书的组织结构简直是教科书级别的范本。章节之间的过渡自然流畅,几乎没有那种生硬的跳跃感。比如,在讲解完线性变换的核和像之后,作者立刻引入了秩-零化定理,并且用非常清晰的例子展示了为什么这个定理如此重要,它连接了输入空间和输出空间的维度关系。更值得称赞的是,书中对“证明”的处理方式。它并没有将证明堆砌在每一节的末尾,而是将一些关键的、具有启发性的证明过程以一种“探索式”的方式呈现出来,引导读者自己去尝试构建逻辑链条,而不是被动地接受结论。对于那些希望通过理解证明来真正掌握数学思维的读者来说,这一点价值连城。这本书的编排似乎是基于多年教学经验沉淀下来的最佳实践,每一个概念的引入、每一个定理的提出,都经过了深思熟虑,旨在将学习过程中的认知负荷降到最低,同时最大化知识的吸收效率。

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说实话,我本来以为这本叫《Principles of Linear Algebra》的书会很古老、很“老派”,充满了旧式的证明和晦涩的语言,但出乎意料的是,它的现代感非常强。尤其是在处理迭代算法和数值方法的部分,作者展现了对当代计算科学的深刻理解。我发现它在介绍求解线性方程组时,对比了直接法(如高斯消元法)和迭代法(如雅可比法和高斯-赛德尔法)的优劣势,这对于理解大规模稀疏矩阵的求解策略非常有帮助。而且,书中对矩阵分解的阐述非常深入,从 LU 到 QR 再到 Cholesky 分解,每一种分解的适用场景、计算复杂度以及它们在数值分析中的地位都被梳理得井井有条。这种结构化的知识呈现方式,使得读者可以清晰地看到不同工具之间的关系,而不是孤立地记忆各种分解的公式。对于准备深入学习数值分析或者机器学习底层算法的人来说,这本书打下的基础非常扎实和全面,它教会的不是“如何做”,而是“为什么用这个方法比另一个好”。

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我是一位在职的工程师,最近因为工作需要重新捡起高等数学知识,尤其是在处理大规模数据优化时,线性代数成了绕不开的坎。市面上很多现代的线性代数书籍都过于偏重理论的严谨性,动辄就引入泛函分析的视角,这对于我这种“应用型”读者来说,简直是灾难。这本书的平衡把握得非常好。它既没有完全抛弃数学的严谨性,确保你理解的不是空中楼阁,但同时,它又将重点放在了“可计算性”和“实用性”上。我特别欣赏它在数值稳定性和计算效率方面的讨论,这在实际工程应用中至关重要。例如,书中对奇异值分解(SVD)的介绍,不仅仅停留于数学定义,还详细阐述了它在数据降维和推荐系统中的作用,并且讨论了在浮点运算环境下如何保持计算的准确性。这种将纯数学与工程实践紧密结合的风格,让我感到它不是一本高冷的理论教科书,而是一本真正能解决实际问题的工具书。阅读体验上,它的排版也很舒服,大量的图示和图表有效地辅助了对高维空间的理解,避免了纯文本阅读带来的枯燥感。

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这本书简直是为那些和我一样,在初次接触线性代数时感到无从下手的人量身定做的!我至今还清楚地记得,大学一年级时面对那些抽象的矩阵运算和向量空间定义时,脑子里一片浆糊。很多教材上来就抛出一大堆定理和公式,根本不给你时间去消化吸收。而这本书最棒的一点是,它真的非常注重“原理”的阐述,而不是简单地堆砌计算技巧。它会用一种非常直观的方式来解释为什么我们需要行列式,为什么特征值和特征向量如此重要,它们在现实世界中到底对应着什么物理或几何意义。比如,它解释对角化的时候,不会只是给出对角化的步骤,而是会深入探讨它如何帮助我们理解线性变换的本质,如何简化复杂的动力学系统。作者的叙述非常清晰,逻辑链条一环扣一扣,读起来有一种豁然开朗的感觉。更不用提书中那些精心设计的例题,它们不仅帮助巩固了理论知识,更重要的是,它们展示了如何将这些抽象的概念应用到实际问题中去,比如图像处理中的变换、或者简单的最小二乘拟合。对于基础薄弱的学习者来说,这本书就像一位耐心又睿智的导师,手把手地领你走进这个迷人的数学领域。

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