Advanced Linear Algebra

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出版者:Springer New York
作者:Steven Roman
出品人:
页数:544
译者:
出版时间:2009-11-23
价格:GBP 50.99
装帧:Paperback
isbn号码:9781441924988
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • algebra
  • Textbook
  • math
  • Roman
  • Mathematics
  • 线性代数
  • 高等数学
  • 矩阵分析
  • 向量空间
  • 特征值
  • 线性变换
  • 数值计算
  • 数学建模
  • 工程数学
  • 应用数学
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具体描述

This graduate level textbook covers an especially broad range of topics. The book first offers a careful discussion of the basics of linear algebra. It then proceeds to a discussion of modules, emphasizing a comparison with vector spaces, and presents a thorough discussion of inner product spaces, eigenvalues, eigenvectors, and finite dimensional spectral theory, culminating in the finite dimensional spectral theorem for normal operators. The new edition has been revised and contains a chapter on the QR decomposition, singular values and pseudoinverses, and a chapter on convexity, separation and positive solutions to linear systems.

理论物理的基石:深入探讨经典力学与场论 作者: [此处可虚构一位著名物理学家,如:亚历山大·科瓦列夫斯基 (Alexander Kovalevsky)] 出版社: [此处可虚构一家权威学术出版社,如:普林斯顿大学出版社 (Princeton University Press) 或 剑桥大学出版社 (Cambridge University Press)] 出版年份: [例如:2024] --- 内容概述 本书旨在为物理学、应用数学及相关工程领域的高级学生和研究人员提供一个严谨且深刻的框架,用以理解和掌握经典力学的精髓及其向经典场论的过渡。我们聚焦于牛顿力学的公理化基础,随后系统性地攀登至拉格朗日与哈密顿力学的抽象结构,最终引向麦克斯韦电磁场论的微分几何表述。 本书的叙事主线清晰而连贯:从对物理定律的几何化理解入手,通过引入变分原理这一核心概念,展示了从离散系统到连续系统的优雅过渡。我们坚信,只有深刻理解了作用量原理和对称性(通过诺特定理),才能真正掌握现代物理学的基本驱动力。 第一部分:牛顿力学的公理化与分析力学基础 (The Axiomatic Foundation and Analytical Mechanics) 第一章:时空与约束 (Time, Space, and Constraints) 本章首先审视了牛顿力学的基本假设——绝对时间和绝对空间的概念,并立即引入了惯性参考系的重要性。我们深入探讨了描述复杂系统运动所需的约束的数学结构。从理想的完整约束(holonomic constraints)到非完整约束(non-holonomic constraints),我们运用微分几何的语言(如切空间的概念)来定义系统的自由度。重要的是,我们详细分析了广义坐标的选择,强调它们是连接物理现实与数学模型的桥梁。 第二章:达朗贝尔原理与最小约束力 (D'Alembert's Principle and Minimal Forces) 达朗贝尔原理是连接牛顿第二定律与变分方法的关键。本章详尽推导了这一原理,并将其应用于有约束的系统。我们展示了如何利用这一原理,通过消除约束力的冗余信息,直接导出一个更简洁、更具普适性的运动方程组。本章的重点在于理解“虚功”与“虚位移”的物理意义,以及为什么约束力在理想情况下不对系统做功。 第三章:拉格朗日力学:动能与势能的统治 (Lagrangian Mechanics: The Reign of Kinetic and Potential Energy) 这是全书的第一个高潮。我们系统地引入拉格朗日量 $L = T - V$(动能减去势能),并推导出著名的欧拉-拉格朗日方程。本章大量使用多元微积分和链式法则,清晰地展示了广义坐标下的运动方程的简洁性。我们专门用一个章节来分析保守场和非保守场的处理方法,特别关注耗散函数(Rayleigh Dissipation Function)在非保守系统中的应用边界。 第四章:守恒定律与诺特定理 (Conservation Laws and Noether's Theorem) 变分原理的真正力量体现在对称性上。本章是物理学的核心哲学体现。在详细阐述拉格朗日量对坐标变换的不变性之后,我们严格地证明了诺特定理——每当拉格朗日量对某个连续参数保持不变时,系统中就存在一个相应的守恒量。我们通过导引星体运动中的角动量守恒、均匀空间中的动量守恒等经典案例,巩固读者对这一强大工具的理解。 第五章:哈密顿力学:相空间的几何学 (Hamiltonian Mechanics: The Geometry of Phase Space) 从拉格朗日量到哈密顿量 $H = sum p_i dot{q}_i - L$ 的转变,标志着从描述速度的系统转向描述位置和动量的系统。本章详细介绍了勒让德变换的数学必要性。随后,我们推导并分析了哈密顿正则方程,强调了相空间(Phase Space)的概念。我们将重点放在辛几何(Symplectic Geometry)的初步引入,讨论泊松括号(Poisson Brackets)如何作为系统演化的生成元,为量子力学的对易关系埋下伏笔。 第二部分:从离散到连续:经典场论的构建 (From Discrete to Continuous: Constructing Classical Field Theory) 第六章:变分法与场论的推广 (Calculus of Variations and the Field Theory Generalization) 为了从描述有限个粒子(离散系统)过渡到描述连续介质(如场),我们需要将变分原理推广到函数空间。本章的核心是泛函导数(Functional Derivative)的定义与计算。我们将欧拉-拉格朗日方程推广为欧拉-拉格朗日场方程。本章是连接分析力学与场论的桥梁,要求读者对积分和偏微分方程有深刻的认识。 第七章:经典电磁场论的拉格朗日表述 (The Lagrangian Formulation of Classical Electrodynamics) 电磁学是经典场论最成功的范例。本章将分析力学中的变分方法应用于电磁场。我们引入电磁场张量 $F^{mu u}$,并构建电磁场的拉格朗日密度 $mathcal{L}_{EM}$,该密度仅依赖于电磁场张量本身(即不显含电荷或电流密度,它们通过场方程自然出现)。通过对该拉格朗日密度应用场论的欧拉-拉格朗日方程,我们严谨地推导出麦克斯韦方程组的协变形式,强调其内在的内在一致性。 第八章:守恒流与诺特定理在场论中的应用 (Conservation Currents and Noether's Theorem in Field Theory) 诺特定理在场论中具有更深远的意义。本章探讨了场对空间和平移的对称性所导致的守恒律。我们将推导出能量-动量张量(Stress-Energy Tensor $T^{mu u}$),它描述了能量、动量和应力的密度与通量。通过分析电磁场张量对洛伦兹变换的协变性,我们证明了能量和动量守恒是电磁场动力学的必然结果。 第九章:波动方程与传播子 (Wave Equations and Propagators) 本章考察了场方程的动态性质。我们从电磁场方程出发,推导出自由空间中的非齐次波动方程。深入探讨了格林函数(Green's Function)的概念,即场在源存在时的响应。我们将详细分析因果传播子 (Retarded Propagator) 的物理意义,解释了为什么电磁信息不能超光速传播,这是狭义相对论在场论中的直接体现。 第十章:从经典到量子:迈向相对论性描述的过渡 (Transitioning to Relativistic Descriptions) 本章作为结语,讨论了经典场论的局限性,特别是当处理高能物理和微观尺度时。我们简要回顾了狭义相对论的几何结构(闵可夫斯基时空),并展示了如何利用四维向量和张量(如四维动量 $p^mu$)来重写哈密顿力学。本章的最后,我们将讨论相对论性量子场论(如狄拉克方程和Klein-Gordon方程)对经典哈密顿量的“量子化”要求,为读者在后续学习量子场论打下坚实的经典基础。 --- 本书特色 1. 严谨的数学基础: 广泛使用微分几何、张量分析和变分法,确保理论的无缝衔接。 2. 深度与广度兼顾: 不仅覆盖了经典力学的所有核心内容,更着重于分析力学到场论的过渡,为研究现代物理学(如广义相对论和规范场论)提供必要的预备知识。 3. 概念驱动: 强调对称性、变分原理和几何结构作为物理定律的内在驱动力,而非仅仅是计算工具。 本书适合研究生阶段的“高级经典力学”、“数学物理方法”以及“经典场论”课程使用。

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用户评价

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《Advanced Linear Algebra》这本书给我带来的不仅仅是知识的增量,更是学习方法的革新。它让我意识到,学习数学并非一蹴而就,而是需要耐心、毅力和对细节的执着。书中对线性代数中一些“边缘”但却至关重要的概念,如群论在对称性分析中的应用,以及范畴论(category theory)的初步介绍,都给我留下了深刻的印象。这些内容在很多标准教材中是很难找到的,但作者却将其巧妙地融入到线性代数的体系中,为读者展现了一个更广阔的数学图景。我特别喜欢书中对线性代数与几何的深度结合,它不仅仅是二维或三维空间的几何,而是上升到了高维空间的几何直觉,以及流形(manifold)上的线性代数应用。作者通过引入一些基础的微分几何概念,将抽象的线性代数工具与几何对象的性质联系起来,使得我对这两个学科的理解更加融会贯通。阅读过程中,我不仅巩固了对基本概念的理解,更重要的是,我学会了如何从不同的角度去审视问题,并且能够将线性代数的知识迁移到其他数学分支中。这本书的启发性在于它打破了学科之间的壁垒,让我看到了数学知识的内在联系和统一性,极大地激发了我进一步探索更高级数学的兴趣。

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在我看来,《Advanced Linear Algebra》是一本能够重塑你对线性代数认知体系的著作。它在内容的呈现上,极其注重逻辑的连贯性和证明的严谨性。作者对代数数论(algebraic number theory)中的一些基本概念,如域的扩张(field extensions)和伽罗瓦理论(Galois theory)在对称性分析中的初步应用,都进行了巧妙的融入。这些内容虽然看起来与传统的线性代数有所区别,但作者却通过对线性代数工具的运用,展示了它们之间的内在联系,为理解更抽象的代数结构打下了基础。我印象深刻的是书中对矩阵的行列式(determinant)的多种定义和性质的探讨,以及它在几何中的解释,例如行列式作为线性变换面积(或体积)的缩放因子。作者不仅给出了代数上的计算方法,更强调了其几何意义,使得我对行列式的理解更加深刻。此外,书中对图论(graph theory)中拉普拉斯矩阵(Laplacian matrix)的介绍,以及它在图的连通性、谱性质等方面的应用,也让我认识到线性代数在离散数学领域的强大影响力。这本书的价值在于它能够激发学习者对数学的探索欲望,并且培养其解决跨学科问题的能力。

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不得不说,《Advanced Linear Algebra》是一本极具挑战性但也极具回报的著作。它在内容的安排上,充分考虑到了读者从基础到高级的过渡,但即使是过渡,也依然保持着相当的严谨性和深度。我曾经在学习线性代数时,对某些证明的“跳跃性”感到困惑,而这本书恰恰弥补了这一点。作者对每一个定理的证明都进行了详尽的剖析,力求做到无懈可击。例如,关于谱定理的证明,作者提供了不止一种思路,并且清晰地解释了不同证明方法之间的内在联系和各自的优缺点。这种处理方式,不仅帮助我彻底理解了谱定理,更重要的是,让我学会了如何去构造和分析数学证明。书中对子空间的几何解释,以及与矩阵的对应关系,也让我对抽象概念有了更直观的认识。尤其是在讨论投影矩阵和奇异值分解(SVD)时,作者通过多角度的阐述,让我不仅理解了它们的计算方法,更领悟了它们在数据分析、图像处理等实际应用中的深刻含义。这本书的语言风格非常专业,但也充满了数学家特有的那种追求简洁和精确的美感。读完这本书,我感觉自己对线性代数的掌握程度已经达到了一个新的高度,能够自信地应对更复杂的数学问题和挑战。

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《Advanced Linear Algebra》这本书,给我最直观的感受就是它的“全面性”和“深入性”。它并非简单地罗列定理和公式,而是力求在概念的起源、发展和应用等多个维度进行阐释。作者在书中对线性代数与概率论(probability theory)的结合,例如多元正态分布(multivariate normal distribution)、协方差矩阵(covariance matrix)以及主成分分析(principal component analysis,PCA)的理论基础,都进行了详尽的讲解。这些内容在统计学和机器学习领域有着至关重要的应用,而这本书则从线性代数的角度提供了坚实的理论支撑。我尤其欣赏作者在讲解特征值和特征向量时,不仅仅关注其代数计算,更深入地阐述了它们在系统动力学、振动分析等物理学领域中的意义。通过对这些实际应用的介绍,我不仅理解了线性代数本身的抽象美,更感受到了它解决现实世界问题的强大力量。阅读此书的过程,是一种既有挑战性又充满乐趣的学习经历,它让我对线性代数这门学科产生了前所未有的敬畏和喜爱。

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《Advanced Linear Algebra》这本书所展现出的数学深度和广度,让我由衷地感到震撼。它并非一本“速成”教材,而是需要读者投入大量的时间和精力去细细品味。书中对线性代数中一些“不那么主流”但却非常重要的概念,如多重线性代数(multilinear algebra)和外代数(exterior algebra)的介绍,都显得尤为出彩。作者通过对张量积(tensor product)和楔积(wedge product)的系统讲解,为读者构建了一个理解更高级数学结构的良好基础,这对于将来学习微分几何、微分拓扑甚至量子力学都至关重要。我尤其欣赏作者在处理抽象概念时,总能提供清晰的几何类比和直观的解释,这使得我在理解那些高度抽象的数学对象时,不至于感到迷失。例如,书中对 Grassmann 代数(Grassmann algebra)的讲解,就将抽象的代数结构与几何中的“体积”概念联系起来,形成了一种非常优美的数学图景。阅读此书的过程,就像是在攀登一座陡峭但风景绝美的山峰,每一步的攀登都伴随着新的发现和感悟,最终能够俯瞰整个线性代数的壮丽景象。这本书的价值在于它能够培养读者严谨的数学思维和解决复杂问题的能力。

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在通读《Advanced Linear Algebra》的过程中,我仿佛经历了一场思维的“洗礼”。这本书在内容的处理上,可以说做到了既广且深。从向量空间的基、维数、子空间,到线性变换的核、像,再到度量空间、厄米空间、正交变换等,每一个概念都得到了极为细致和严谨的阐述。作者的叙事风格非常“学院派”,但也充满了严谨的数学逻辑之美。我印象最深刻的是书中关于矩阵理论的深入探讨,例如乔丹标准型(Jordan Canonical Form)的构造与性质,以及更一般的初等因子(elementary divisors)和不可约因子(irreducible factors)的概念。这些内容在很多教材中要么被简化,要么被放在了非常靠后的位置,但在这本书中,作者将其作为了核心内容进行讲解,并辅以大量的例子和证明,使得我能够真正理解其在理解矩阵结构和分类中的关键作用。此外,书中对线性代数与图论(graph theory)的联系,以及在编码理论(coding theory)中的应用,也让我大开眼界。这些跨学科的应用,不仅验证了线性代数的强大生命力,也为我的学习目标提供了新的方向。这本书的难度不低,但其提供的深度和广度,绝对是对得起“Advanced”这个称谓的。

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在翻阅《Advanced Linear Algebra》的过程中,我深刻体会到了作者在梳理和呈现线性代数这一庞大且精深的数学领域所付出的巨大努力。这本书并非简单的概念堆砌,而是一次精心策划的思想之旅,引导读者逐步深入到线性代数的核心。它从最基础的向量空间和线性变换出发,层层递进,逐渐引入了如特征值与特征向量、酉变换、内积空间、谱定理等一系列关键概念。每个章节的构建都极其严谨,逻辑链条清晰可见,确保了读者在学习过程中不会感到迷失。作者在解释抽象概念时,总是能巧妙地结合直观的几何解释和严谨的代数证明,使得原本可能令人望而生畏的理论变得易于理解和消化。我尤其欣赏作者在讲解过程中对细节的关注,比如对各种定理的证明,作者会提供多种角度的解释,并详细阐述每一步的推导依据,这对于我这样追求理解深度的读者来说,无疑是宝贵的财富。此外,书中穿插的例题也设计得非常巧妙,它们不仅仅是概念的简单应用,更是对理论的进一步阐释和拓展,常常能触及一些不易察觉但至关重要的细节。阅读此书的过程,就像是在探索一个宏伟的知识殿堂,每一步都充满了发现的乐趣,也让人对线性代数这门学科产生了前所未有的敬畏感。这本书的深度和广度都给我留下了深刻的印象,它绝对是任何想要在数学领域有所建树的学子或研究者必备的参考书。

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《Advanced Linear Algebra》这本书的写作风格十分独特,它不像许多教科书那样注重应试技巧,而是致力于构建一个完整、严谨且富有洞察力的线性代数知识体系。作者对线性代数中的各种等价条件、不同表述方式之间的内在联系,都进行了深入的挖掘和分析。我特别喜欢书中对矩阵分解(matrix factorization)的详细讲解,如 LU 分解、QR 分解、Cholesky 分解等,并且不仅仅停留在计算层面,更深入地探讨了这些分解的理论基础、存在条件以及它们在数值分析、优化问题中的重要作用。此外,书中对泛函分析(functional analysis)中一些基本概念的引入,如赋范线性空间、巴拿赫空间、希尔伯特空间等,以及它们与线性代数的关系,也为我打开了新的思路。作者将线性代数置于更广阔的数学背景下进行考察,使得读者能够更深刻地理解其在各个数学分支中的应用和重要性。阅读这本书,不仅是对线性代数知识的巩固,更是一种对数学思维方式的提升。它教会我如何从不同的视角去理解同一个数学概念,并且能够灵活运用这些知识去解决更复杂的问题。

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《Advanced Linear Algebra》这本书给我带来的学习体验是前所未有的,它以一种极其系统和全面的方式,为我打开了线性代数更广阔的视野。在许多其他教材中,线性代数可能更多地被视为一种计算工具,而这本书则着重于其内在的数学结构和理论深度。作者对抽象代数概念的引入,例如群、环、域等,与线性代数知识的融合,极大地提升了我对数学本质的理解。我特别喜欢书中关于模(module)的章节,这是一个在许多本科教材中被省略但对于深入理解线性代数至关重要的概念。作者通过清晰的定义和丰富的例子,将模的抽象概念与我们熟悉的向量空间紧密联系起来,使得理解起来不再那么困难。另外,关于张量(tensor)的介绍也让我耳目一新,它不仅仅是多线性代数的一个推广,更是理解更高级数学结构,如微分几何和理论物理学的基础。书中对这些高级概念的阐述,虽然需要一定的数学基础,但作者的讲解方式,使得这些看似遥不可及的理论变得触手可及。阅读过程中,我不仅掌握了线性代数的核心理论,更重要的是,我学会了如何以一种更抽象、更一般化的方式去思考数学问题。这本书的价值在于它不仅仅教授知识,更在于它塑造了学习者对数学的认知方式,是一种能够激发思维、培养数学直觉的绝佳读物。

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坦白说,《Advanced Linear Algebra》是一本需要“慢下来”去阅读的书。它所涵盖的内容之丰富,以及对每一个细节的考究程度,都远超一般的线性代数教材。作者在书中对于线性代数与抽象代数的联系,例如向量空间作为模(module)的特例,以及域(field)上的线性代数与任意交换环(commutative ring)上的模的对比,都进行了深入的探讨。这些内容对于理解更高级的代数结构,如群表示论(group representation theory)和李代数(Lie algebras)都具有重要的铺垫作用。我印象最深刻的是书中关于二次型(quadratic forms)和对称双线性形式(symmetric bilinear forms)的章节,作者不仅给出了它们在矩阵表示下的各种性质,更深入地探讨了它们在几何中的应用,例如二次曲面(quadric surfaces)的分类与性质。通过对这些内容的学习,我不仅加深了对线性代数运算的理解,更重要的是,我学会了如何将抽象的代数工具与具体的几何对象联系起来,形成一种更加直观和深刻的认识。这本书的价值在于它能够激发读者的好奇心,并且引导他们去探索数学更深层次的奥秘。

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