数学物理方程的MATLAB解法与可视化

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出版者:清华大学出版社
作者:彭芳麟
出品人:
页数:311
译者:
出版时间:2004-1
价格:33.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787302098843
丛书系列:
图书标签:
  • matlab
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具体描述

《数学物理方程的MATLAB解法与可视化》(MATLAB编程应用)介绍如何用科学计算软件MATLAB数值求解数学物理方程并将结果可视化。书中展示了在教材中难得一见的复变函数图形、特殊函数图形和各类本征函数图形,还有拉普拉斯方程、热传导方程、热传导方程和波动方程的各种题型的数值求解与可视化的结果,内容新颖,方法独特,让枯燥的公式伴之以生动的图像,让深奥的内容有了鲜明的物理图像,是学习数学物理方法极有价值的参考书。《数学物理方程的MATLAB解法与可视化》(MATLAB编程应用)也详细地介绍了MATLAB的偏微分方程工具箱与解偏微分方程和本征值方程的其他指令,还介绍了差分方法和有限元方法。对学习数值计算或计算物理课程而言,这也是很实用的参考教材。

《数学物理方程的MATLAB解法与可视化》 是一本旨在帮助读者掌握利用MATLAB这一强大科学计算软件求解和可视化各类数学物理方程的实用指南。本书内容聚焦于将抽象的数学模型转化为可操作的计算流程,并以直观的图形方式呈现求解结果,从而深化对物理现象的理解。 本书的编写理念是兼顾理论深度与实践操作。我们首先会带领读者回顾数学物理方程的经典理论背景,包括偏微分方程的类型、性质以及常用的解析解法(如分离变量法、傅里叶变换、拉普拉斯变换等),为后续的数值求解打下坚实的基础。同时,对于每一种类型的方程,我们都会着重介绍其在物理学、工程学等领域中的具体应用,例如波动方程在声学和光学中的体现,热传导方程在传热学和材料科学中的重要性,以及拉普拉斯方程在静电学和流体力学中的应用。 本书的核心内容在于MATLAB在求解数学物理方程中的强大能力。我们将详细讲解如何利用MATLAB的内置函数和工具箱来解决各种数学物理问题。这包括: 微分方程求解器: 重点介绍MATLAB中用于求解常微分方程(ODE)和偏微分方程(PDE)的强大函数,如 `ode45`、`pdepe` 等。我们将通过一系列精心设计的实例,演示如何设置初值和边值条件,选择合适的求解算法,以及优化计算参数以获得精确的解。 数值方法实现: 对于一些没有现成MATLAB函数的方程,本书将引导读者如何利用MATLAB编程实现经典的数值方法,例如有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)以及谱方法等。我们会逐一剖析这些方法的原理,并通过MATLAB代码演示其具体实现过程,使读者能够理解数值解法的内在逻辑。 符号计算能力: 除了数值解法,MATLAB的符号计算工具箱(Symbolic Math Toolbox)在处理解析解、简化复杂表达式、进行符号积分和微分等方面也发挥着重要作用。本书将展示如何运用符号计算来辅助理解方程的解析结构,并与数值解进行对比分析。 可视化是本书的另一大亮点。 数学物理方程的解往往以函数或场的形式存在,而通过直观的可视化,我们可以更清晰地理解这些解所代表的物理过程。本书将详细介绍如何利用MATLAB强大的绘图功能来呈现求解结果,包括: 二维和三维绘图: 演示如何绘制曲线图、曲面图、矢量场图、等值线图等,以多角度展示解的分布和变化规律。 动画演示: 通过动态仿真,直观地表现物理过程随时间或空间的变化,如波的传播、热量的扩散等,极大地增强了学习的趣味性和直观性。 特定应用的可视化: 结合具体的物理问题,展示如何创建定制化的可视化界面,例如模拟声波在不同介质中的传播,或者可视化电场在二维空间中的分布。 为了帮助读者更好地掌握本书内容,我们采取了“理论讲解 + 案例分析 + MATLAB代码实现”的模式。每一章都围绕着某一类重要的数学物理方程展开,先介绍其基本概念和理论,然后通过一个或多个实际的物理或工程问题案例,展示如何运用MATLAB进行求解和可视化。读者可以跟着书中的代码进行实践,并从中学习如何根据自己的问题进行调整和扩展。 本书适合对象包括: 高等院校理工科学生: 特别是物理学、工程学、应用数学、计算机科学等专业的本科生和研究生。 科研人员和工程师: 在工作中需要处理和分析各种数学物理方程的专业人士,希望通过MATLAB提高工作效率和研究深度。 对数学物理计算和可视化感兴趣的自学者。 本书的预期效果是: 提升计算能力: 使读者熟练掌握利用MATLAB解决各种数学物理方程的能力。 加深理论理解: 通过将理论与实践相结合,使读者更深入地理解数学物理方程的内在含义和应用场景。 掌握可视化技巧: 培养读者运用可视化工具来分析和展示复杂计算结果的能力。 激发探索兴趣: 鼓励读者将所学知识应用于解决更广泛的科学和工程问题。 通过系统地学习本书,您将能够自信地运用MATLAB这一强大的工具,应对各种数学物理挑战,并以清晰、直观的方式展示您的研究成果。

作者简介

目录信息

读后感

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本书前半部分主要以分离变量方法作为三类特殊问题的解,然后针对解的表达式利用MATLAB编程求解,并画出解的图形,中间部分主要讲述MATLAB中PDE工具箱在求解偏微分方程时的作用,最后一章主要给出了求解偏微分方程的其他方法,该书的叙述很严谨,结构合理,非常适合正在学习偏微...

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本书前半部分主要以分离变量方法作为三类特殊问题的解,然后针对解的表达式利用MATLAB编程求解,并画出解的图形,中间部分主要讲述MATLAB中PDE工具箱在求解偏微分方程时的作用,最后一章主要给出了求解偏微分方程的其他方法,该书的叙述很严谨,结构合理,非常适合正在学习偏微...

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本书前半部分主要以分离变量方法作为三类特殊问题的解,然后针对解的表达式利用MATLAB编程求解,并画出解的图形,中间部分主要讲述MATLAB中PDE工具箱在求解偏微分方程时的作用,最后一章主要给出了求解偏微分方程的其他方法,该书的叙述很严谨,结构合理,非常适合正在学习偏微...

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本书前半部分主要以分离变量方法作为三类特殊问题的解,然后针对解的表达式利用MATLAB编程求解,并画出解的图形,中间部分主要讲述MATLAB中PDE工具箱在求解偏微分方程时的作用,最后一章主要给出了求解偏微分方程的其他方法,该书的叙述很严谨,结构合理,非常适合正在学习偏微...

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本书前半部分主要以分离变量方法作为三类特殊问题的解,然后针对解的表达式利用MATLAB编程求解,并画出解的图形,中间部分主要讲述MATLAB中PDE工具箱在求解偏微分方程时的作用,最后一章主要给出了求解偏微分方程的其他方法,该书的叙述很严谨,结构合理,非常适合正在学习偏微...

用户评价

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我是一名对数学和物理充满好奇心的爱好者,虽然我没有接受过专业的科学训练,但我一直对用计算工具来探索自然规律感到着迷。我经常会在网上看到一些关于模拟宇宙演化、粒子碰撞或者天气变化的文章,这些都让我对数学物理方程的力量深感敬畏。我希望这本书能够用相对易懂的语言,配合直观的可视化,向我展示如何使用MATLAB来模拟这些令人惊叹的物理现象。即使我不能完全理解所有复杂的数学推导,我也希望能够通过这本书,体验到计算科学的魅力,并且能够动手尝试一些简单的模拟,来满足我的好奇心,也为我将来更深入的学习打下基础。

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我一直认为,学习编程和学习数学物理是相辅相成的。强大的编程能力可以让你将抽象的数学概念具象化,而对数学物理的深刻理解则能指导你更有效地利用编程工具。我希望这本书能够很好地体现这种联系。它不应该仅仅是一本MATLAB编程手册,也不应该仅仅是一本数学物理方程的教科书,而应该是一本能够将两者融会贯通的指南。我期待它能帮助我建立一种“数学思维”和“编程思维”的融合,让我能够更自如地在数学世界和计算世界之间穿梭。如果这本书能够提供一些案例研究,展示如何从一个实际的物理问题出发,一步步地建立数学模型,然后用MATLAB进行求解和可视化,那将是非常具有启发性的。

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在我看来,一本好的技术书籍不仅仅是提供知识,更重要的是能够激发读者的思考和创造力。我希望这本书不仅能教会我“怎么做”,更能引导我思考“为什么这样做”,以及“有没有更好的方法”。如果这本书能够深入剖析不同数值方法的优缺点,以及它们在不同问题场景下的适用性,并且能够鼓励读者去探索和改进现有的算法,那就太棒了。我尤其期待书中能够包含一些关于“误差分析”和“稳定性分析”的内容,因为这些是保证数值计算结果可靠性的关键。同时,如果能提供一些关于如何将MATLAB代码集成到更大的项目或者与其他软件进行交互的指导,那将更具实际意义。

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作为一名在教学一线工作的大学教师,我一直在寻找能够帮助学生更好地理解抽象的数学物理概念的辅助教材。我的学生们,尤其是在学习偏微分方程和数值分析课程时,经常会遇到理论理解上的困难,并且在将这些理论应用到实际问题时显得力不从心。他们熟悉MATLAB这类计算工具,但往往不知道如何将数学方程“翻译”成MATLAB代码。我希望这本书能够成为一本桥梁,将严谨的数学理论和灵活的编程实践有机地结合起来。如果这本书能够提供清晰的步骤,从方程的离散化到数值算法的实现,再到结果的后处理和可视化,相信能极大地提高学生的学习效率和学习兴趣,让他们在解决实际物理问题时更具信心和能力。

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我一直对“可视化”这个词特别敏感,因为我坚信“一图胜千言”。很多时候,即使我们得到了方程的数值解,如果不能以恰当的方式呈现出来,我们也很难从中获得直观的认识。尤其是在研究一些复杂现象,比如湍流、波的传播、量子力学的波函数演化等,没有精美的可视化,我们很难捕捉到问题的本质。我希望这本书不仅仅是教我如何用MATLAB数值求解,更重要的是,它能够教我如何利用MATLAB的强大可视化能力,制作出高质量的图形,包括但不限于二维和三维的曲面图、等值线图、矢量场图、动画等,并且能够灵活地调整图形的参数,以突出我想要表达的物理意义。

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我是一名来自工程领域的工程师,在工作中经常需要处理各种与物理过程相关的数学模型。这些模型通常会转化为复杂的数学物理方程,例如流体力学中的纳维-斯托克斯方程,电磁学中的麦克斯韦方程组,或者是材料科学中的扩散方程。在进行设计优化、性能评估和故障诊断时,对这些方程进行数值求解并可视化其结果至关重要。然而,工程界的许多实际问题往往比教科书中的例子要复杂得多,需要更具鲁棒性和效率的数值方法。我希望这本书能够提供一套系统的方法论,指导我如何在MATLAB中灵活地运用不同的数值技术,并且能够根据实际问题的特点来选择和调整算法,最终得到可靠的仿真结果,并且能够以专业、清晰的方式呈现给我的团队和客户。

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这本书的名字让我产生了浓厚的兴趣,尤其是“MATLAB解法与可视化”这几个字,瞬间就击中了我的痛点。我是一名基础物理学的在读博士生,日常工作中不可避免地会遇到各种复杂的数学物理方程,例如拉普拉斯方程、泊松方程、波动方程、热传导方程等等。在理论推导之外,数值求解和结果的可视化是我工作的重中之重。然而,传统的解析方法往往只能适用于一些简化的、理想化的模型,一旦边界条件变得复杂,或者方程本身就难以解析求解,我们就不得不依赖数值方法。我尝试过许多不同的数值方法,比如有限差分法、有限元法、谱方法等,但每一次在MATLAB中实现这些方法,都需要花费大量的时间去查阅文献,摸索代码细节, debugging更是家常便饭。更别提将求解结果以直观、易于理解的方式呈现出来,这同样是一个巨大的挑战。

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一直以来,我都希望有一本能够系统性地讲解如何利用MATLAB来求解各类数学物理方程的书籍。我并不只是想要得到现成的代码,我更希望理解背后的原理,掌握通用的思想和方法,这样才能触类旁通,解决自己遇到的新问题。很多现有的教材,要么过于理论化,要么过于碎片化,要么就是只提供了一些简单的例子,而没有深入探讨如何处理更复杂的情况。这本书的名字暗示了它将填补这一空白,提供一种将理论与实践相结合的解决方案。我期待它能详细介绍如何将数学物理方程转化为MATLAB可以理解和计算的形式,如何选择合适的数值算法,以及如何有效地利用MATLAB强大的可视化工具来展示解的性质,比如随时间和空间的演化,或者不同参数下的行为。

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我是一位对科学计算充满热情的研究者,虽然我本行的研究方向并非直接与数学物理方程的求解相关,但我相信掌握这一技能能极大地拓展我的研究视野和解决问题的能力。例如,在我分析数据时,可能会遇到需要模拟某个物理过程来解释实验现象的情况,或者需要构建一个数学模型来预测未来的发展趋势。MATLAB作为一个强大的科学计算平台,其在数值分析和可视化方面的优势我早已有所耳闻。我希望这本书能够为我提供一个切入点,让我能够快速入门,并且能够独立地解决一些我研究中可能遇到的计算难题。如果这本书能够包含一些通用性的技巧,比如如何处理稀疏矩阵、如何优化代码效率、如何进行参数扫描和不确定性分析等,那将是非常有价值的。

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我之前在学习某些数学物理方程时,经常会发现教材中的例子过于简单,无法反映真实世界中的复杂性。比如,在处理实际的边界条件时,例如非齐次边界条件或者具有特定物理意义的特殊边界条件,如何在MATLAB中正确地实现它们,往往需要耗费大量时间和精力去摸索。这本书的名字让我看到了希望,我期待它能够深入探讨如何处理各种复杂的边界条件,并且提供具体的MATLAB实现示例。此外,对于那些非线性或者耦合的方程组,其数值求解的难度会成倍增加,我希望这本书能够分享一些解决这类问题的策略和经验,例如如何选择合适的迭代方法,如何处理收敛性问题,以及如何评估解的准确性。

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