Differential Equations with Linear Algebra

Differential Equations with Linear Algebra pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Boelkins, Matthew R./ Goldberg, J. L./ Potter, Merle C.
出品人:
页数:572
译者:
出版时间:2009-11
价格:$ 101.64
装帧:
isbn号码:9780195385861
丛书系列:
图书标签:
  • 微分方程
  • 线性代数
  • 数学
  • 高等数学
  • 常微分方程
  • 偏微分方程
  • 数值分析
  • 工程数学
  • 应用数学
  • 数学建模
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具体描述

Linearity plays a critical role in the study of elementary differential equations; linear differential equations, especially systems thereof, demonstrate a fundamental application of linear algebra. In Differential Equations with Linear Algebra, we explore this interplay between linear algebra and differential equations and examine introductory and important ideas in each, usually through the lens of important problems that involve differential equations. Written at a sophomore level, the text is accessible to students who have completed multivariable calculus. With a systems-first approach, the book is appropriate for courses for majors in mathematics, science, and engineering that study systems of differential equations. Because of its emphasis on linearity, the text opens with a full chapter devoted to essential ideas in linear algebra. Motivated by future problems in systems of differential equations, the chapter on linear algebra introduces such key ideas as systems of algebraic equations, linear combinations, the eigenvalue problem, and bases and dimension of vector spaces. This chapter enables students to quickly learn enough linear algebra to appreciate the structure of solutions to linear differential equations and systems thereof in subsequent study and to apply these ideas regularly. The book offers an example-driven approach, beginning each chapter with one or two motivating problems that are applied in nature. The following chapter develops the mathematics necessary to solve these problems and explores related topics further. Even in more theoretical developments, we use an example-first style to build intuition and understanding before stating or proving general results. Over 100 figures provide visual demonstration of key ideas; the use of the computer algebra system Maple and Microsoft Excel are presented in detail throughout to provide further perspective and support students' use of technology in solving problems. Each chapter closes with several substantial projects for further study, many of which are based in applications.

《微分方程与线性代数》这本书,顾名思义,深入探讨了数学的两个核心分支——微分方程和线性代数。它不仅详尽介绍了这两个领域各自的理论框架和方法,更着重揭示了它们之间深刻而精妙的联系,以及如何协同解决现实世界中的复杂问题。 在微分方程部分,本书从基础概念出发,逐步引导读者理解一阶、二阶乃至更高阶的常微分方程。它系统地介绍了各种求解方法,包括分离变量法、积分因子法、常数变易法、待定系数法以及幂级数解法等。对于线性常微分方程组,本书也进行了深入剖析,展示了如何利用向量和矩阵的语言来描述和求解。此外,偏微分方程的初步概念和一些经典方程(如热传导方程、波动方程和拉普拉斯方程)的求解方法也会被提及,为读者打开了更广阔的数学视野。本书在介绍理论的同时,也强调了实际应用,通过丰富的例子展示微分方程在物理学(如运动学、电路分析、热力学)、工程学(如结构振动、流体动力学)、生物学(如种群动力学、疾病传播模型)和经济学(如金融建模)等领域的广泛运用。 线性代数部分,本书则围绕向量空间、矩阵、行列式、线性变换、特征值与特征向量等核心概念展开。它会从向量的基本运算(加法、数乘、点乘、叉乘)讲起,引申到向量空间的定义、基、维数等抽象概念。矩阵作为线性代数的核心工具,其运算(加法、乘法、求逆、转置)以及矩阵的秩、迹等性质都会被详细讲解。行列式作为判断矩阵是否可逆以及求解线性方程组的关键,其计算方法和性质也会得到深入的介绍。线性变换是连接几何与代数的桥梁,本书会清晰地阐述其定义、性质以及与矩阵的对应关系。特别是特征值和特征向量,它们揭示了线性变换在特定方向上的伸缩特性,是理解和分析线性系统性质的关键,本书会详细介绍其计算方法和重要应用,如主成分分析、稳定性分析等。 本书最独特的价值在于其对微分方程和线性代数之间联系的强调。许多微分方程的求解过程,特别是线性常微分方程组的求解,严重依赖于线性代数的工具。例如,利用特征值和特征向量可以极大地简化高阶线性常微分方程组的求解,将其转化为一组独立的、易于求解的一阶方程。反之,某些线性代数问题,如迭代求解线性方程组,也可以通过构造相应的微分方程来理解和分析其收敛性。本书通过大量的例题和推导,直观地展现了这种相互促进、相辅相成的关系,帮助读者建立起更全面、更深刻的数学理解。 本书的叙述风格力求清晰、严谨且富有趣味。它不仅是数学专业学生的重要参考教材,也适合任何对理解和应用数学解决实际问题感兴趣的读者。无论是希望打下坚实的数学基础,还是寻求解决复杂工程或科学难题的工具,本书都将提供宝贵的知识和方法。它鼓励读者主动思考,并通过练习题来巩固所学知识,最终培养出独立解决数学问题的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书在习题设计的深度和广度上,简直是教科书级别的典范。我注意到,它将习题分为了好几个层次,从基础的“巩固练习”到需要综合运用多个章节知识的“综合应用题”,再到那些真正考验思维灵活性的“挑战性思考题”。基础题目的数量足够多,保证了基础运算的熟练度,而那些挑战题,往往需要读者跳出固定的框架去构思解题路径,其中有几道涉及到非线性系统的稳定性分析,即使是经验丰富的同行看了,也会觉得需要动一番脑筋。而且,书后附带的参考答案部分处理得极其专业,它不仅仅是给出了最终数值,更重要的是,对于关键步骤的推导过程进行了详细的标注和解释,这对于自学者来说,简直是无价之宝,避免了因为一个微小的计算错误就卡在某个环节无法自拔的窘境。

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我特别欣赏这本书在理论衔接上的严密性,它在内容组织上体现了一种极高的全局观。虽然涉及的领域很广,但章节之间的过渡却如同水银泻地般自然流畅。例如,在前面对拉普拉斯变换进行系统介绍之后,作者并没有立即转向复杂的信号处理应用,而是先用了一章的篇幅,详细阐述了如何利用该工具来系统地求解常系数线性微分方程组,并清晰地论证了这种代数方法的优越性。这种循序渐进、层层递进的结构,确保了读者在学习任何一个新工具时,都能清晰地知道它在整个数学框架中所处的位置,以及它如何有效地解决了前一个阶段遗留下的难题,构建了一个非常稳固且无缝衔接的知识体系。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,硬壳的质感厚重而可靠,那种经典的大学教科书的范儿扑面而来,让人感觉手里捧着的是一本经过时间沉淀的知识宝库。内页的纸张选择也相当考究,不是那种廉价的反光纸,而是略带哑光的效果,即便是长时间在台灯下阅读,眼睛的疲劳感也得到了极大的缓解。字体排版上,清晰度毋庸置疑,数学符号和公式的渲染尤其出色,粗细得当,间距合理,即便是复杂的积分和微分符号也能一目了然,这对于需要反复推敲公式细节的学习者来说,简直是福音。封面设计上,采用了低饱和度的冷色调,配以抽象的几何图形和一些象征性的线条交织,营造出一种既严谨又富有现代感的视觉效果,让人忍不住想要翻开去探究里面的奥秘。整体来看,光是作为书架上的一个物件,它就已经散发着一种专业和沉稳的气息,足见出版方在细节上的用心程度,完全配得上其内容的份量。

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从语言风格上来说,这本书的作者显然是一位深谙教学艺术的大家,其文字表达清晰、准确,但又不失一种特有的学者的幽默感。阅读过程中,偶尔会遇到一些作者对于某些传统证明方法的“吐槽”或者对某个巧妙技巧的“赞叹”,这些细微的情感流露,使得整本书的阅读体验非常人性化。不同于那种冷冰冰、纯粹逻辑堆砌的教材,这里的文字仿佛是一位经验丰富的导师在身边耳提面命。例如,在讨论某些特定情况下解的不唯一性时,作者用了一个非常生动的比喻,将数学上的“边界条件”比作是为这个数学世界设定好的“初始规则”,一旦规则改变,结果自然天翻地覆,这种形象化的比喻极大地增强了概念的可理解性和记忆深度。

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我花了整整一个下午的时间来研读前几章的内容,这本书的叙事节奏把握得非常精妙,它没有一上来就抛出那些令人望而生畏的抽象定义,而是通过一系列贴近实际工程应用的案例来逐步引入抽象的数学概念。比如在讲解基础的一阶常微分方程时,作者并没有停留在理论的推导上,而是详尽地分析了一个热传导问题的简化模型,将抽象的 $frac{dy}{dt} = k(M-y)$ 这种形式,通过物理图像和实际的温度变化曲线展现出来,让人立刻就能抓住其物理意义。这种“先见其形,后知其理”的教学方法,极大地降低了初学者的入门门槛。更值得称赞的是,每当引入一个新定理或新解法时,作者都会附带一个“历史视角”的小插曲,简述这个理论是如何被发现和完善的,这不仅丰富了阅读体验,更让枯燥的公式拥有了鲜活的生命力,仿佛能感受到历史上那些数学家们攻克难题时的心路历程。

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