Conformal Mapping

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出版者:Dover Publications
作者:Zeev Nehari
出品人:
页数:416
译者:
出版时间:1982-01
价格:USD 10.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780486611372
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 工程
  • 复变函数
  • 保形映射
  • 复分析
  • 数学分析
  • 几何函数论
  • Riemann映射定理
  • Schwarz引理
  • 调和函数
  • 复数
  • 数学
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具体描述

《几何变换的魔力:绘制复杂边界的艺术》 内容概述: 本书并非详述“共形映射”这一具体数学概念的专著。相反,它将带领读者踏上一段引人入胜的旅程,探索几何变换在解决现实世界问题的强大力量,以及这些变换如何巧妙地“绘制”和“塑造”复杂几何边界,从而简化分析和设计过程。我们将聚焦于这类变换的直观理解、核心思想以及它们在各个领域的实际应用,而非深究其严谨的数学推导。 核心理念: 想象一下,我们面对着一个形状极其不规则的区域,比如一个带有复杂海岸线的岛屿,或者一个通风口形状奇特的风洞模型。直接在这些复杂的几何形状上进行物理量的计算,如流体流动、电场分布或热量传导,往往困难重重,需要复杂的数值方法。本书提出的核心理念是:是否存在一种“魔术”,能够将这些棘手的复杂形状,通过一种特殊的“绘制”方式,转化为我们熟悉且易于处理的简单形状,比如圆形或矩形? “几何变换的魔力”正是揭示了这种可能性。我们并不是改变物体的本质属性,而是通过一种“扭曲”或“拉伸”的方式,来“绘制”其边界,从而在数学上将其映射到一个更易分析的空间。这种变换的关键在于,它能够保持角度的局部不变性,使得原几何中的角度关系在变换后的空间中得以保留。这种“角度的忠实性”,正是其强大的分析工具价值所在。 本书内容要点: 1. 从直观到理解:几何变换的“画笔” 我们从最基础的几何变换入手,如平移、旋转、缩放。这些是最直观的“绘制”方式,它们如何改变图形的位置、方向和大小。 接着,我们将引入更复杂的变换,例如反演变换。通过类比,我们将理解这种变换如何将直线和圆转化为直线和圆,以及它在解决特定几何问题中的巧妙之处。 本书将大量运用图形和类比,帮助读者建立起对这些变换的感性认识,理解它们是如何“绘制”和“变形”几何形状的。我们将探讨连续性、可逆性等变换的基本性质,理解它们为何能够“重塑”而不“破坏”图形的拓扑结构。 2. “绘制”复杂边界:简化分析的艺术 本书的核心之一在于展示如何利用几何变换来“绘制”那些原本难以处理的复杂边界。我们将以一些经典问题为例,说明如何通过巧妙的变换,将带有复杂边界的区域映射到具有简单边界的区域。 例如,面对一个带有复杂翼型剖面的飞机机翼,我们可以通过一种变换将其映射到一个圆盘。在这个圆盘上,流体动力学的分析会变得异常简便,然后我们可以再通过逆变换,将计算结果“翻译”回原来的复杂翼型。 我们将探讨不同类型的复杂边界,并分析针对这些边界,哪些类型的变换最为有效。我们会看到,看似复杂的问题,通过正确的“绘制”方法,能够迎刃而解。 3. 应用领域:现实世界的“几何魔法” 流体动力学: 想象一下,计算风洞中空气流过一个复杂形状的物体时的速度和压力分布。通过将复杂物体边界映射到简单的圆或直线,我们可以大大简化 Navier-Stokes 方程的求解。本书将展示这种变换如何在空气动力学设计中发挥关键作用。 电磁场理论: 设计天线、电容器等电子元器件时,常常需要计算复杂的电场或磁场分布。利用几何变换,可以将复杂的电极或导体边界映射到简单的几何形状,从而更容易计算电势和场强。 热传导与扩散: 在某些工程问题中,需要分析物体内部的热量分布或物质的扩散过程。当物体边界形状不规则时,求解热传导方程或扩散方程会非常困难。通过变换,可以将不规则区域映射到规则区域,从而简化计算。 机械工程与材料科学: 分析应力集中、材料形变等问题,特别是当材料内部存在缺陷或几何结构复杂时,几何变换可以提供一种强大的分析工具。 图像处理与计算机图形学: 虽然本书并非专注于此,但本书的理念也与图像的变形、纹理映射等概念有着深刻的联系,理解了基本的几何变换,对于理解这些领域的工作原理将大有裨益。 4. 并非深入的数学证明,而是深刻的洞察 本书不会淹没读者于复杂的数学公式和定理推导之中。相反,我们的重点是传达几何变换的“思想精髓”和“应用逻辑”。我们会提供必要的数学概念,但更侧重于直观的理解和问题的解决思路。 我们将探讨一些关键的几何变换,并展示它们如何被用来解决实际工程和科学问题。读者将学会如何识别问题中可以应用几何变换的场景,并初步了解如何选择合适的变换。 本书的目的是培养读者运用几何思维解决复杂问题的能力,理解“绘制”几何边界背后的优雅与力量。 本书适合读者: 本书适合对几何变换的实际应用感兴趣的工程师、科学家、数学爱好者,以及希望拓展思维方式、学习如何将抽象数学工具应用于解决具体问题的学生。如果您对物理、工程、甚至计算机科学中的一些经典问题感到好奇,并想了解其背后的数学“魔术”,那么本书将是一次充满启发性的阅读体验。 总结: 《几何变换的魔力:绘制复杂边界的艺术》并非一本纯粹的数学教科书,而是一本关于如何运用几何智慧解决实际问题的指南。它将揭示,通过对几何形状的巧妙“绘制”和“变换”,即使是最棘手的复杂边界,也能变得触手可及,为我们打开通往更深入分析和更优设计的大门。它是一场关于“变形”与“简化”的视觉与思维的盛宴。

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读后感

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用户评价

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这本关于共形映射的书籍,老实说,我看完后感觉脑子里像是被重新组织了一遍。我本以为自己对复分析已经算是有一些了解了,毕竟微积分和线性代数的基础打得还算扎实,但在深入探讨共形映射的几何直观性时,我才发现自己之前的理解有多么肤浅。书中最让我印象深刻的是它对莫比乌斯变换(Möbius transformations)的阐述,作者没有仅仅停留在代数公式的堆砌上,而是花了大量的篇幅去描绘这些变换如何在黎曼球上优雅地作用,将直线和圆周变成它们自身,那种视觉上的冲击感是纯粹的解析表达无法给予的。特别是当涉及到黎曼映照定理(Riemann Mapping Theorem)时,虽然定理的证明过程本身极为严谨,需要扎实的泛函分析背景知识,但作者在介绍其意义时,那种“任何一个单连通的区域都可以被映射成单位圆盘”的强大宣告,极大地拓宽了我对“等价”几何结构的理解。我不得不承认,有些章节,比如关于Schwartz-Christoffel映射的部分,我需要反复阅读好几遍,才能勉强跟上作者的逻辑跳跃,这表明这本书的深度是毋庸置疑的,它更像是一本专业研究生的参考书,而不是给初学者的入门指南。不过,对于那些想要真正掌握共形映射深层原理的人来说,这种挑战是值得的,因为它迫使你跳出舒适区,用一种全新的、更具几何洞察力的方式去看待复变函数。

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这本书给我的感觉,就好比一位技艺精湛的钟表匠向你展示他如何用最微小的齿轮和发条构建出一个能够精确计时上百年的复杂机械。它对柯西积分公式的深入剖析,特别是对积分路径的选择、奇点附近的留数计算,简直是一种数学上的艺术展示。作者在处理函数在奇点附近的局部行为时,表现出了惊人的细致入微。每一个定理的证明都像是一层层剥开洋葱,直到露出最核心的逻辑内核。特别是关于单值化定理的论述,虽然篇幅不算长,但其深度和广度足以让有经验的数学家也需要驻足思考。然而,我发现这本书在介绍“为什么”我们需要共形映射解决特定问题时,显得有些仓促。它更关注“如何”进行映射,而不是“为何”这种几何工具对特定物理或数学问题是最佳选择。换句话说,它是一本极好的“How-to”手册,但“Why”的部分相对薄弱。对于那些已经熟悉复变分析基础,急于将共形映射技术应用于新领域的研究者来说,这本书是宝库;但对于那些仍在摸索该技术适用范围的初学者,可能会觉得有点“空中楼阁”的感觉,不知道如何将这份精妙的理论锚定到实际需求上。

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说实话,我是在寻找一本能连接纯数学理论和实际工程应用的书籍时偶然翻到这本的,结果发现它更偏向于纯粹的数学美学构建。它对拉普拉斯方程的和谐解(harmonic functions)与共形映射之间的深刻联系进行了详尽的探讨,这一点我非常欣赏。作者很巧妙地利用了Dirichlet积分的变分原理来解释为什么共形映射能够保持角度,这种解释路径比单纯依靠柯西-黎曼方程的偏导数关系要来得更直观、更有说服力。然而,对于我这种更关注流体力学或电磁学边界值问题的人来说,书中对应用实例的讨论显得略为单薄和抽象。例如,虽然提到了共形映射在求解翼型绕流问题中的潜力,但具体的映射构造步骤和后续如何利用映射后的边界条件来求解物理量,讲解得不够详尽。我期望看到更多从物理直觉出发,引导到数学工具的例子,而不是直接抛出高度抽象的数学构造。整体而言,这本书在理论的严密性上无可挑剔,但如果能增加一个侧重于实际问题数值求解或工程案例分析的附录,对拓宽读者的应用视野会大有裨益。它更像是在高山之巅俯瞰整个数学大陆,美景壮阔,但要走下山去实践,还需要另一本工具手册。

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我必须指出,这本书的排版和符号系统给我带来了不小的困扰。在阅读涉及到边界值问题和函数的收敛性证明时,作者习惯于使用一些在不同教材中并不统一的符号约定,这使得我在对照其他资料学习时经常需要花费时间去重新适应。此外,书中的图示部分,虽然意图是好的,但很多复杂的映射效果图,例如对多连通区域的映射,打印出来的效果过于模糊,无法清晰地看出映射前后的细节变化,特别是对于那些依赖视觉辅助来理解拓扑变换的读者来说,这一点尤为遗憾。我花了很长时间去自己动手绘制这些图形,才真正理解某些映射如何“拉伸”和“挤压”了空间。学术著作的严谨性固然重要,但优秀的技术书籍也应兼顾阅读的流畅性。如果能在下一版中清晰界定符号,并提供更高质量的插图,特别是那些展示映射效果的动态或高分辨率图片,这本书的价值会得到显著提升。目前的状态是,它提供了极佳的理论框架,但交付体验上,还存在一些可以打磨的地方,需要读者付出额外的精力去弥补这些视觉和符号上的障碍。

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我读这本书时最强烈的感受是它的历史厚重感和对古典数学家思想的尊重。作者在叙述中时不时地引用了庞加莱、黎曼等先驱的思想火花,让整个阅读过程充满了对数学发展史的追溯感。这不像一些现代教材那样,开篇就直接切入最现代、最抽象的定义,而是循序渐进,从早期对平面几何变换的直觉理解,逐步升华到现代的拓扑和分析框架。这种叙事方式非常适合那些希望了解一个概念是如何“诞生”和“成熟”的读者。例如,书中对极坐标系下函数性质的讨论,就很好地体现了早期数学家是如何通过几何直觉来建立分析工具的。唯一的不足可能在于,由于其强烈的古典色彩,某些现代复分析领域的前沿进展——比如与Schramm-Loewner Evolution(SLE)等随机过程的联系——这本书似乎没有涉及,或者只是蜻蜓点水。这使得这本书在内容上略显“经典”,虽然严谨,但在紧跟当前研究热点的方面稍显滞后。对于想构建坚实基础的读者,它无疑是首选;但对于渴望了解共形映射在当代概率论和统计物理中最新应用的读者,可能需要再寻找其他补充材料。

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我不能忍受一本数学书文字比公式和推导还多,满篇满篇的字都不知道有用的是哪些!!!

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