高等数学(下)

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出版者:蓝色畅想
作者:徐文雄
出品人:
页数:303
译者:
出版时间:2004-12
价格:23.60元
装帧:
isbn号码:9787040155532
丛书系列:
图书标签:
  • 高等数学
  • 数学
  • 微积分
  • 理工科
  • 教材
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  • 函数
  • 极限
  • 导数
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具体描述

高等数学(下),ISBN:9787040155532,作者:徐文雄主编

现代物理学前沿探索:从量子力学到宇宙学 书籍概述: 本书旨在为具有一定数学和物理学基础的读者,系统性地介绍自二十世纪初以来,现代物理学领域最重要的几大支柱及其最前沿的进展。我们聚焦于理论的深刻内涵、关键实验的验证过程,以及这些理论对我们理解物质世界和宇宙结构的深远影响。全书结构严谨,论述深入浅出,力求在保持科学严谨性的同时,激发读者对未解之谜的探索热情。 第一部分:量子世界的基石——量子力学的深化与应用 第一章:薛定谔方程的非线性拓展与相对论性量子场论的黎明 本章不再停留于标准的含时和不含时薛定谔方程,而是深入探讨其在更复杂系统中的应用与局限性。我们将详细分析多体问题中的近似方法,如变分法和微扰理论的高阶处理。重点将放在狄拉克方程的建立及其在描述电子自旋和相对论效应中的不可替代性。 相对论性量子力学的基础: 对狭义相对论与量子力学的结合进行溯源,重点剖析狄拉克方程的构造原理,以及它如何自然地引入了反物质的概念。 量子场论的萌芽: 从经典场论的量化挑战出发,引出量子场论(QFT)的基本思想,包括粒子作为场的激发态的描述。我们将探讨自由标量场和自由狄拉克场的经典场论描述及其正则量子化过程,为后续的相互作用场论打下坚实的基础。 路径积分的引入: 费曼路径积分表述作为量子力学与经典物理的桥梁,在本章得到初步介绍。我们将对比路径积分与波函数方法在计算中的优劣,并简要说明其在处理复杂相互作用时的巨大潜力。 第二章:量子电动力学(QED)的精妙与精确 量子电动力学是迄今为止人类最精确的物理理论。本章将详述QED的构建,重点在于处理电磁相互作用下的电子和光子系统。 交互作用的引入: 通过最小耦合原理,将电磁场的规范不变性引入量子场论框架,导出电子与光子的相互作用拉格朗日密度。 费曼图与微扰展开: 详细解析费曼图的物理意义及其在计算散射截面和衰变率中的实用价值。我们将通过实例(如汤姆逊散射的QED修正)来演示费曼图的应用。 重整化: 面对无穷大,重整化程序是QED成功的核心。本章将深入探讨紫外发散的来源,并系统讲解如何通过“常规的”重整化过程(包括发散的分类和物理量的定义)来得到有限且可被实验验证的结果。我们将着重分析自能和真空极化修正。 第二部分:强相互作用与基本粒子——标准模型的构建与挑战 第三章:色荷与量子色动力学(QCD) 本章将聚焦于强核力的理论描述,即量子色动力学。 夸克模型的建立与禁闭: 回顾盖尔曼-兹威格的夸克模型,并引入SU(3)规范群作为描述色荷的基础。探讨夸克禁闭(Confinement)的现象,以及它与 QCD 结构的关系。 渐近自由: 详细分析 QCD 的核心特征——渐近自由。解释为什么在高能区(短距离)夸克和胶子表现得像自由粒子,以及这种性质是如何通过非阿贝尔规范场论的自相互作用实现的。 微扰 QCD 与非微扰效应: 在微扰框架下,计算高能对撞中的喷注(Jet)产生。随后,我们将讨论在低能区,需要非微扰方法(如格子 QCD)来处理强子结构和质量起源的问题。 第四章:电弱统一与希格斯机制 粒子物理学的“标准模型”将电磁力与弱核力统一起来。 弱相互作用的特点: 分析中性流和带电流,理解宇称不守恒在弱相互作用中的表现。引入 $W^pm$ 和 $Z^0$ 玻色子的质量起源。 自发对称性破缺与希格斯机制: 这是标准模型中关于质量起源的关键。本章将详细阐述戈德斯通定理、引入希格斯场后规范玻色子如何获得质量,以及费米子(夸克和轻子)通过Yukawa耦合获得质量的机制。 标准模型的预测与验证: 简述对 $W$ 玻色子、 $Z$ 玻色子质量的精确测量,以及对标准模型最终基石——希格斯玻色子的发现过程和初步性质的探讨。 第三部分:时空与引力的终极理论——广义相对论的深化与前沿课题 第五章:引力场方程的深入解析 本书将广义相对论视为时空几何的理论,并侧重于其动态解和对宇宙学的意义。 爱因斯坦场方程的几何解释: 从黎曼几何的工具出发,重新审视曲率张量、里奇张量和里奇标量的物理意义,确保读者深刻理解“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动”的内涵。 精确解的分析: 除了熟悉的史瓦西解和克尔解之外,本章将着重分析弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克(FLRW)度规,这是现代宇宙学的基础。我们将探讨奇点的数学性质,如彭罗斯-霍金奇点定理的意义。 引力辐射的探测: 详细回顾引力波的产生机制(四极矩辐射公式),并分析LIGO/Virgo等探测器如何从背景噪声中提取出双黑洞并合、双中子星并合等信号,及其对强引力场物理的验证。 第六章:超越标准模型与量子引力之谜 本章探讨当前物理学界面临的最大挑战,即如何将量子场论的成功与广义相对论的成功统一起来。 引力场的量子化难题: 解释为什么将引力视为一个规范场并应用标准QFT技术会导致不可重整化的结果,从而引出量子引力理论的必要性。 弦论的基本思想: 介绍弦论作为一种候选理论,用一维的“弦”取代点状粒子来描述所有基本物质和力。简述玻色弦和超弦的基本概念,以及它们如何自然地包含引力子。 额外维度与对偶性: 讨论紧致化维度(Calabi-Yau流形)的概念,以及如何通过M理论将五种超弦理论统一起来。简要介绍AdS/CFT对偶性,它提供了一个将量子引力问题映射到边界上的共形场论的强大工具。 宇宙学的前沿: 结合宇宙学观测,讨论暗物质和暗能量的性质。重点分析暴胀理论(Inflation)作为解决早期宇宙平坦性、视界问题和磁单极子问题的有效机制,并探讨其留下的可观测印记(如原初引力波谱)。 结语:未竟的旅程 本书最后部分将总结现代物理学的成就,并展望未来的研究方向,包括对更基本理论(如圈量子引力)的探索,以及对中微子质量等标准模型遗留问题的解决。我们旨在引导读者认识到,尽管取得了巨大成功,人类对自然界的理解仍处于不断演进的动态过程中。 目标读者: 物理学、工程学、应用数学等专业的高年级本科生、研究生,以及对现代物理学前沿有深入学习兴趣的科研人员。

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读后感

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我非常欣赏这本书的讲解风格,它既有理论的深度,又不失教学的温度。在学习微积分的部分,作者并没有直接抛出复杂的定义和定理,而是从一个非常直观的“变化率”的概念入手,引导读者一步步理解导数的概念。书中提供的图像和图表非常丰富,能够帮助我清晰地看到函数的变化趋势,理解切线和斜率的几何意义。当涉及到积分时,作者也用了“面积累积”的思想来解释定积分,并通过大量的 Riemann 和的例子,展示了如何将一个连续量的累积问题转化为定积分的计算。让我感到特别贴心的是,书中不仅讲解了基本积分公式,还详细介绍了各种积分技巧,比如换元积分法、分部积分法,并且提供了大量的练习题,从易到难,循序渐进,让我能够熟练掌握这些技巧。更让我印象深刻的是,书中在讲解不定积分和定积分之间的联系时,使用了“微积分基本定理”,并对这个定理的证明进行了清晰的阐述,让我能够理解这两者之间深刻的内在联系。这种循序渐进、由浅入深的讲解方式,极大地降低了学习的门槛,也让我对微积分这个看似复杂的学科产生了浓厚的兴趣。

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这本书在多变量函数部分的处理方式,让我耳目一新。我一直认为,高等数学的难点之一在于从一维世界跳跃到多维空间,理解多变量函数的行为和性质。这本书通过大量的三维几何图和投影图,生动地展示了曲面、切面、法线等概念,使得抽象的多变量函数有了具象的表达。比如,在讲解方向导数和梯度时,作者通过比喻的方式,将梯度比作“最陡峭的山坡”,让我一下子就理解了它在寻找函数最大变化率方向上的意义。此外,书中对二重积分和三重积分的讲解也非常清晰,它不仅给出了积分的定义,还详细介绍了在不同坐标系下(如直角坐标系、极坐标系、柱坐标系、球坐标系)进行积分的方法,以及如何根据被积函数的特点和积分区域的形状选择合适的坐标系,这对于提高我的计算效率和准确性非常有帮助。书中的例子也涵盖了多种应用场景,比如计算体积、质量、质心等,让我能够看到这些数学工具在实际问题中的强大力量。阅读这本书,我仿佛置身于一个充满奥秘的数学空间,一步步探索着那些隐藏在数字和符号背后的规律。

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这本书在介绍数学建模的部分,让我看到了数学的强大生命力,它不再是书本上的冰冷公式,而是解决现实问题的有力工具。作者从一个非常宏观的角度出发,详细阐述了数学建模的整个过程,从问题的分析、模型的建立、模型的求解,到模型的检验和改进,每一步都讲解得非常清晰透彻。书中引用了大量的实际案例,比如人口增长模型、传染病传播模型、经济增长模型,甚至还有一些与日常生活息息相关的模型,比如交通流量模型。这些案例的选取非常贴近实际,让我能够直观地理解数学模型是如何被用来描述和预测现实世界现象的。我特别喜欢书中对于模型假设的讨论,它强调了模型是为了简化现实而做的假设,并且需要我们认识到这些假设的局限性,从而对模型的结论保持批判性思维。此外,书中还介绍了几种常用的数学建模方法,比如线性规划、非线性规划、时间序列分析等等,并且提供了相应的求解工具和软件介绍,这对于我将来进行实际的建模工作,提供了非常实用的指导。

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这本书的封面设计简洁大气,深蓝色的背景衬托着烫金的书名,散发出一种沉稳而专业的学术气息。翻开书页,首先映入眼帘的是清晰的排版和规范的数学符号,这对于我这样一名对数学有着深度求知欲的读者来说,是极其重要的。我一直觉得,一本好的数学教材,不仅要有严谨的理论推导,还要有清晰的逻辑脉络,能够引导读者一步步深入理解复杂的概念。这本书在这方面做得非常出色,它从基础概念出发,循序渐进地构建起整个高等数学的知识体系。例如,在讲解向量空间的部分,作者不仅给出了严格的定义和公理,还配以了大量直观的几何解释和具体的例子,让我这个初次接触这一概念的读者能够迅速建立起空间想象能力,理解向量空间的抽象性质。而对于线性变换,书中的讲解更是层层递进,从矩阵表示到性质分析,再到特征值和特征向量的应用,每一部分都衔接得天衣无缝。更值得一提的是,书中还穿插了一些数学史的小故事,讲述了那些伟大的数学家是如何一步步探索出这些知识的,这让我感到数学不再是枯燥的符号和公式,而是充满了人类智慧的结晶,也更能激发我对数学学习的热情。我发现,这本书并没有一味地堆砌公式和定理,而是注重培养读者的数学思维方式,教会我们如何分析问题、解决问题,这对于我在未来的学习和研究中,都将是宝贵的财富。

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这本书的内容深度和广度都给我留下了深刻的印象。在我看来,高等数学的学习不仅仅是记忆公式和技巧,更重要的是理解其背后的数学思想和逻辑。这本书在这一点上做得非常到位。例如,在概率论与数理统计的部分,作者从随机事件的基本概念讲起,逐步深入到概率的公理化定义,再到各种重要的概率分布,比如二项分布、泊松分布、正态分布等等。书中的讲解不仅清晰,而且逻辑严密,每一步的推导都让人信服。更令我惊喜的是,书中还引用了大量实际生活中的例子,比如掷骰子、抽奖、测量误差等,将抽象的概率概念与具体情境相结合,极大地增强了我的理解和兴趣。此外,数理统计部分的回归分析和假设检验,也都通过精心设计的例题进行了讲解,让我能够直观地理解这些统计方法的应用场景和实际意义。我尤其喜欢书中关于“模型”的讨论,它强调了统计模型在描述和预测现实世界现象中的作用,并提醒我们要注意模型的假设和局限性。这种严谨而又贴近实际的教学方式,让我觉得学习过程既充实又有趣。这本书不仅教会了我知识,更教会了我如何运用知识去分析和解决现实问题,这让我受益匪浅。

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这本书在常微分方程部分的讲解,可以说是将理论的严谨性和应用性完美地结合起来。我一直觉得,常微分方程是连接数学理论和实际应用的重要桥梁,而这本书恰恰在这方面做得非常出色。从最基本的概念,如阶数、线性、齐次性,到各种典型的方程类型,比如一阶线性微分方程、伯努利方程、恰当方程,再到高阶线性微分方程,作者都进行了系统而深入的讲解。让我感到特别有帮助的是,书中对于每种方程的求解方法,都给出了清晰的步骤和详细的推导过程,并且提供了大量的例题,涵盖了从简单的代数运算到复杂的积分技巧。我特别喜欢书中对“特解”和“通解”概念的解释,以及它们之间的关系,这让我能够理解微分方程解的“一般性”和“特殊性”。此外,书中还介绍了多种求解微分方程的数值方法,比如欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法,并且对这些方法的原理和适用范围进行了详细的说明,这对于我将来在解决无法解析求解的微分方程时,提供了非常有价值的指导。这本书让我对微分方程的应用有了更深刻的认识,也激发了我进一步探索这个领域的热情。

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总而言之,这本书是一本我非常愿意推荐给所有对高等数学感兴趣的读者的优质教材。它的内容全面、逻辑清晰、讲解细致,并且注重培养读者的数学思维和解决问题的能力。书中的例题丰富且具有代表性,习题的难度也设置得非常合理,能够帮助读者巩固所学知识,并逐步提升解题能力。更重要的是,这本书的编写风格非常人性化,它不仅传授知识,更激发了我对数学的热情和兴趣。它让我看到,数学并非是枯燥乏味的学科,而是充满了逻辑之美、结构之美和应用之美。我深信,这本书将成为我学习高等数学过程中一份珍贵的财富,也会在我的学术道路上给予我持续的指引和启发。

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对于我这种一直以来对抽象数学概念有些畏惧的读者来说,这本书的向量分析部分无疑是一次巨大的福音。作者在介绍矢量场、散度和旋度等概念时,并没有直接给出复杂的公式,而是从物理学中的流体流动、电磁场等现象入手,引导读者建立起直观的认识。例如,在讲解散度时,作者将其比喻为“源强”,形象地说明了它描述了矢量场在某一点的“发散”程度;而旋度则被类比为“涡旋”,展示了矢量场在某一点的“旋转”趋势。这些生动的类比,让我能够迅速抓住这些概念的核心,并理解它们在物理学中的实际意义。书中对线积分和面积分的概念讲解也同样到位,它通过计算功、流量等实际问题,将抽象的积分形式变得易于理解。更让我印象深刻的是,书中详细阐述了格林公式、高斯公式和斯托克斯公式,并且对这些公式的几何意义和应用进行了深入的探讨,让我看到了它们在统一和简化向量分析问题中的强大作用。通过学习这些内容,我不仅掌握了向量分析的工具,更感受到了数学在描述和理解物理世界中的无穷魅力。

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在我看来,一本好的数学教材,除了教授知识,更应该培养读者对数学的“感觉”和“直觉”。这本书在这一点上做得非常到位。在学习复变函数的部分,我发现作者巧妙地运用了各种几何和图像化的方法,来帮助我理解那些抽象的复数运算和解析函数的性质。例如,在讲解复数的几何意义时,书中提供了大量的复平面上的图形,展示了复数的加减乘除、共轭、模、幅角等操作,让我能够直观地看到这些运算在平面上的对应关系。而对于解析函数,书中则通过等温线和流线的概念,形象地描绘了它们在复平面上的行为,这让我能够轻松地理解柯西-黎曼方程和保角映射的意义。更让我感到惊喜的是,书中对留数定理和积分的讲解,简直是数学的艺术。作者不仅清晰地阐述了留数定理的计算方法,还展示了如何利用它来简化复杂的积分运算,这让我看到了数学的简洁和高效。通过阅读这本书,我不仅掌握了复变函数的基本知识,更重要的是,我学会了如何用更直观、更形象的方式去理解和感受数学,这对于我日后的学习和研究,都将是宝贵的财富。

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我必须说,这本书在级数部分的处理上,做得非常出色,它不仅仅是枯燥的符号推导,更是一种对无穷的探索和理解。从最基本的等比数列开始,作者循序渐进地引入了收敛和发散的概念,然后深入到各种重要的级数,比如幂级数、泰勒级数和傅里叶级数。书中对于收敛判别法的讲解非常详尽,各种判别法(如比值判别法、根值判别法、积分判别法)的应用场景和注意事项都一一列举,并配以大量的例题进行巩固。让我感到惊喜的是,书中在讲解幂级数时,不仅介绍了其收敛区间和敛散性,还展示了如何利用幂级数来表示函数,以及如何进行幂级数的运算,这对于理解函数的性质和进行数值计算都具有重要的意义。而泰勒级数和麦克劳林级数的部分,更是让我看到了将复杂函数“近似”成多项式的强大能力,这在很多工程和科学领域都有广泛的应用。书中的图示也非常直观,能够帮助我理解级数展开后的函数图像的变化,以及收敛过程中逼近的过程。通过这本书,我不仅掌握了级数的相关知识,更对“无穷”有了更深层次的理解。

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