Fundamentals of Differential Equations with Boundary Value Problems

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出版者:Pearson Education
作者:R. Kent Nagle
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2007-11-08
价格:0
装帧:Paperback
isbn号码:9780321526533
丛书系列:
图书标签:
  • 微分方程
  • 常微分方程
  • 边界值问题
  • 数学分析
  • 高等数学
  • 工程数学
  • 数学建模
  • 数值分析
  • 理工科教材
  • 大学教材
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具体描述

一本严谨而全面的数学著作,深入探讨了微分方程及其在各种科学和工程领域中的应用。本书聚焦于理解微分方程的结构、求解方法以及它们如何描述现实世界中的动态现象。 核心内容概述: 本书从最基础的常微分方程(ODE)概念入手,循序渐进地介绍了不同类型的微分方程。读者将首先接触到一阶微分方程,包括其几何解释(斜率场),以及线性、可分离、恰当和 Bernoulli 方程等多种求解技术。本书会详细阐述这些方法的推导过程和适用条件,并辅以丰富的例题,帮助读者掌握实际应用。 接着,本书将深入到高阶线性微分方程。这部分内容将涵盖齐次和非齐次方程的解法,包括待定系数法和常数变易法,这些是解决许多物理和工程问题(如振动、电路分析)的关键。特别地,本书会详细介绍常系数线性微分方程的特征方程法,以及如何处理重根、复根和欠阻尼、过阻尼、临界阻尼等不同情况,为理解系统的行为提供深刻洞察。 边值问题(Boundary Value Problems, BVPs)是本书的另一大重点。与初始值问题(IVPs)不同,边值问题在定义域的两个或多个点上指定方程的解的条件。本书将介绍如何处理边值问题,特别是二阶线性边值问题。这部分内容将详细讲解 Sturm-Liouville 问题的理论,包括特征值、特征函数以及它们在求解偏微分方程(PDE)时作为傅里叶级数展开的基础。本书会清晰地阐述傅里叶级数的收敛性以及如何利用它来求解诸如热传导方程和波动方程这类重要的偏微分方程。 本书的特点包括: 严谨的数学理论: 每种求解方法都基于坚实的数学推导,确保读者不仅知道“如何做”,更理解“为什么”。 广泛的应用实例: 从经典的牛顿力学、电路分析,到更现代的生态系统模型、化学反应动力学,本书贯穿了大量的实际应用案例,展示了微分方程在建模和解决现实问题中的强大能力。这些案例经过精心挑选,旨在激发读者的兴趣,并说明理论知识的实际价值。 逐步深入的学习路径: 内容组织条理清晰,从基础到高级,层层递进,适合不同背景的读者。初学者可以扎实掌握基础,而有一定基础的读者也能在更复杂的概念中获得提升。 丰富的练习题: 每章都配有大量不同难度的练习题,包括概念题、计算题和应用题,帮助读者巩固所学知识,检验掌握程度。一部分习题还提供了详细的解答,以便读者进行自我评估。 本书适合读者: 本书是数学、物理、工程(机械、电气、化学、航空航天等)、计算机科学以及其他需要应用数学建模和分析方法的学科领域学生的理想教材。它也适用于需要回顾和深化微分方程知识的研究人员和从业者。 通过学习本书,读者将能够: 1. 识别和分类不同类型的微分方程。 2. 掌握各种解析和数值方法来求解微分方程。 3. 理解微分方程解的性质,如存在性、唯一性和稳定性。 4. 构建数学模型来描述物理、工程和社会现象。 5. 分析模型的解,并解释其在实际问题中的意义。 6. 运用边值问题和傅里叶分析来解决更复杂的动态系统问题。 这本书不仅是一本工具书,更是一扇通往理解和驾驭动态世界的数学之门,为读者解决复杂问题提供强大的理论支撑和实践指导。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我从这本书中获得的不仅仅是知识,更是一种学习数学的全新视角。在学习的过程中,我发现作者非常注重循序渐进,从最基础的微分方程概念讲起,逐步深入到更复杂的理论和方法。每一个概念的引入都伴随着清晰的定义和详细的解释,让我能够扎实地掌握每一步。书中提供的例题也非常具有代表性,涵盖了各种不同类型的微分方程及其解法,而且例题的解答过程非常详尽,逻辑清晰,一步一步地引导读者思考,而不是简单地给出答案。更让我惊喜的是,作者在讲解某些关键定理时,会引用历史上数学家们探索这些问题的过程,这让整个学习过程充满了人文色彩,也更能激发我对数学研究的热情。例如,在介绍拉普拉斯变换时,作者不仅详细解释了其数学原理,还回顾了它在工程领域解决初值问题中的关键作用,以及它如何简化了许多复杂的计算。我特别喜欢书中提供的“思考题”部分,这些题目并没有直接出现在课后习题中,而是穿插在正文的讲解中,旨在引导读者深入思考作者刚刚介绍的概念,往往能帮助我理解那些容易被忽略的细节。这本书让我感觉不像是在死记硬背公式,而是在经历一场精彩的数学探索之旅。

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我通过这本书,不仅掌握了微分方程的基本理论和解法,更重要的是培养了一种严谨的科学思维方式。作者在讲解过程中,始终强调逻辑性和条理性,要求读者在分析问题时,首先要明确问题的类型,然后选择合适的工具,最后进行严谨的推导和验证。例如,在解决一个实际问题时,作者会引导读者先建立数学模型,然后分析模型的性质,再运用相应的数学方法求解,最后对结果进行解释和验证。这种科学的分析方法,对于我在其他学科的学习和工作中也具有重要的指导意义。书中还包含了许多关于“建模”的讨论,例如如何将物理现象转化为微分方程,以及如何根据实际情况选择合适的模型参数。这些内容让我深刻体会到,数学不仅仅是符号的游戏,更是描述和理解现实世界的重要语言。

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这本书的内容安排非常合理,逻辑性极强。从最基础的微分方程分类、阶数、线性与非线性区分开始,到常微分方程的解析解法(如分离变量法、一阶线性方程、高阶线性方程的解法、常数变易法、幂级数解法等),再到偏微分方程的初步介绍以及边界值问题的处理,层层递进,环环相扣。作者在讲解每一种解法时,都会先给出其适用的前提条件,然后详细演示解题步骤,并给出几个典型的例子,最后还会讨论该方法的优缺点和适用范围。我尤其喜欢书中关于“相平面分析”的章节,通过图形化的方法来描绘二维自治系统的解的性质,这为理解更复杂的动力学系统打下了坚实的基础。书中还包含了一些关于数值解法的介绍,虽然篇幅不多,但足以让我了解到计算机在求解微分方程中的作用,以及数值方法的原理。这种全面的介绍让我对微分方程的整体框架有了清晰的认识,也为我后续更深入的学习指明了方向。

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作为一名初学者,我之前对微分方程一直感到有些畏惧,但这本书彻底改变了我的看法。作者的写作风格非常亲切,仿佛在和一位经验丰富的老师对话。他善于用通俗易懂的语言解释复杂的数学概念,并使用丰富的类比来帮助我理解抽象的抽象的定义。例如,在解释解的“稳定性”时,作者用了一个形象的比喻,将系统比作一个在斜坡上滚动的球,根据球的位置和坡度来判断其是会回到平衡点还是远离平衡点,这种生动的描述让我一下子就抓住了核心思想。书中还穿插了许多数学史的故事,例如关于莱布尼茨和牛顿争论微积分发明权的轶事,这不仅增加了阅读的趣味性,也让我对这些伟大的数学家有了更深的了解,感觉自己正在与历史对话。我尤其欣赏的是,书中对于每一种解法的推导过程都写得非常详细,并且解释了为什么采用这种方法,以及这种方法的优势和局限性,这让我不仅学会了“怎么做”,更重要的是理解了“为什么这样做”。这种深度的讲解让我对微分方程的理解更加透彻,也更有信心去攻克更难的问题。

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这本书的语言风格非常吸引人,充满了智慧和洞察力。作者在写作时,并没有使用过于生硬或晦涩的学术语言,而是力求用最简洁、最清晰的方式来表达思想。他善于在讲解过程中穿插一些幽默的评论或引人深思的格言,让原本枯燥的数学学习过程变得轻松愉快。我记得在讲解某个复杂的积分变换时,作者开玩笑地说:“这就像是在给一个复杂的信号做一次‘大手术’,虽然过程有点繁琐,但最终的结果会让我们事半功倍。”这种恰到好处的幽默感,能够有效地缓解学习压力,提高学习效率。此外,作者在文章的结尾处,也常常会总结本章的重点,并展望下一章的内容,这有助于我保持学习的连贯性,并对整个学习过程有一个宏观的把握。这种细腻的写作风格,让我感觉自己不仅仅是在阅读一本教科书,更像是在与一位充满智慧的导师进行思想交流。

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这本书的习题设计得非常巧妙,既有巩固基础的简单练习,也有需要综合运用多种知识的挑战性题目。每一章的习题都紧密结合了该章的教学内容,并且难度梯度设计得非常合理,能够帮助我逐步提升解题能力。我特别喜欢书后附带的“解答与提示”部分,它并没有给出所有题目的详细解答,而是提供了一些关键步骤或提示,鼓励读者独立思考,从而达到更好的学习效果。这种“授人以鱼不如授人以渔”的教学理念让我受益匪浅。此外,书中还包含了一些“项目”性质的习题,这些题目通常需要结合实际数据或建模,要求学生运用所学知识解决一个小型工程或科学问题,这极大地增强了学习的趣味性和实用性。通过完成这些习题,我不仅巩固了理论知识,更重要的是学会了如何将数学工具应用于解决现实世界中的问题,这让我感到非常有成就感。

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我对于这本书的数学严谨性印象非常深刻。作者在讲解每一个定理和公式时,都提供了清晰的证明过程,并且解释了证明的关键步骤和思路。他并没有回避那些比较抽象的概念,而是通过循序渐进的讲解,让读者能够理解其数学本质。例如,在介绍 Picard-Lindelöf 定理时,作者不仅给出了定理的陈述,还详细讲解了其证明思路,包括构造序列和证明收敛性,这对于理解微分方程解的存在唯一性至关重要。书中还对一些重要概念进行了深入的辨析,例如区分了“解”和“积分曲线”,以及“通解”和“特解”,这些细微的差别对于建立准确的数学概念非常重要。我特别欣赏的是,作者在讲解时,会适时地引用一些数学分析中的基本概念,如连续性、可微性、收敛性等,这有助于读者将微分方程的知识与数学分析的理论联系起来,形成更完整的知识体系。

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这本书的封面设计简洁大方,蓝色的基调给人一种沉静而专业的感受,与“微分方程”这个主题十分契合。翻开扉页,作者的名字和出版社的标志清晰可见,瞬间就建立起了一种信任感。我特别喜欢它纸张的质感,微黄的书页散发着淡淡的油墨香,阅读起来非常舒服,即使长时间阅读也不会感到疲劳。内页的排版也非常合理,字体大小适中,行距也恰到好处,使得公式和定理的呈现都清晰明了。每一个章节的开头都设置了引人入胜的导言,将抽象的数学概念与现实世界的现象巧妙地联系起来,让我对即将学习的内容充满了好奇和期待。例如,书中在介绍基础微分方程时,就引用了牛顿的万有引力定律来解释二阶常微分方程的应用,这种方式让我觉得数学不再是冰冷枯燥的符号,而是解决实际问题的强大工具。此外,书中还配有大量精美的插图,比如描绘相平面上相轨迹的图示,生动形象地展示了微分方程解的性质,这对于理解复杂的动态系统非常有帮助。我尤其欣赏的是,书中并没有仅仅堆砌公式和定理,而是花了大量篇幅来解释这些数学工具的由来、意义以及它们在不同领域的应用,例如在电路分析、机械振动、生物种群模型等方面的应用,让我深刻体会到微分方程在现代科学技术中的重要地位。

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总而言之,这本书是一本集理论性、实践性、趣味性和启发性于一体的优秀教材。它不仅提供了扎实的微分方程理论知识,更重要的是,它教会了我如何思考、如何学习,以及如何将数学应用于解决实际问题。这本书为我打开了一扇通往更广阔的数学世界的大门,我从中获得的知识和能力,将对我未来的学习和职业生涯产生深远的影响。我强烈推荐这本书给所有对微分方程感兴趣的学生和研究人员,无论你是初学者还是有一定基础,都能从中受益匪浅。这本书的设计和内容都非常出色,绝对是一本值得反复阅读的经典之作。它让我感受到了数学的魅力,也激发了我对科学探索的热情,这对于我来说,是比任何单一的知识点都更加宝贵的收获。

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这本书的另一大亮点在于其对边界值问题的深入探讨。不同于只关注初值问题的教材,这本书花了相当大的篇幅来讲解边界条件如何影响微分方程解的性质,以及如何求解满足特定边界条件的特解。作者通过大量的例子,展示了边界值问题在物理学中的普遍性,例如薛定谔方程的求解、热传导问题、弹性力学等。我印象最深刻的是,书中在讲解 Sturm-Liouville 边值问题时,不仅给出了严谨的数学推导,还详细解释了其在量子力学中作为算符特征值问题的重要性,这对于理解量子世界的某些基本原理至关重要。此外,书中还介绍了傅里叶级数和傅里叶变换在求解偏微分方程中的应用,以及它们与边界条件之间的紧密联系。这些内容让我意识到,微分方程的学习绝不仅仅局限于求解那些“标准”形式的方程,更重要的是理解如何将现实世界中的各种约束条件转化为数学模型,并找到符合这些约束的解。这本书的设计充分体现了理论与实践的结合,让我能够将所学知识应用于解决更具挑战性的实际问题。

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