常微分方程内容.方法与技巧

常微分方程内容.方法与技巧 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:华中科技大学出版社
作者:孙清华
出品人:
页数:411
译者:
出版时间:2006-12
价格:17.80元
装帧:
isbn号码:9787560938998
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 數學
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具体描述

本书是大学数学的内容、方法与技巧丛书之一,对常微分方程的主要内容、基本方法与常用技巧进行了全面的讨论与分析,用大量的例题对所讨论的内容与方法作了演示与论证。全书的内容包括初等积分法、基本定理、线性微分方程、线性微分方程组、定性与稳定性概念及一阶偏微分方程。本书用简明易懂、通俗流畅的语言深人浅出地诠释概念、解析疑难、演绎方法与投巧,帮助读者理解与熟悉常微分方程的基本概念与理论,培养读者运用常微分方程方法分析问题与解决问题的能力,本书与教材同步,在方法与技巧上略有拓宽与提高,是大学生、工程技术人员与经济分析人员必备的、读之有益的一本好书。

《常微分方程:内容、方法与技巧》 深入探索动力学世界的基石 常微分方程(Ordinary Differential Equations, ODEs)是描述自然界和工程领域中各种动态变化过程的强大数学工具。从行星的运动轨迹到生物种群的繁衍,从电路中的电流变化到经济模型的波动,几乎所有随时间演化的系统都可以用常微分方程来刻画。本书《常微分方程:内容、方法与技巧》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的学习体验,帮助大家掌握这一核心数学分支的精髓。 本书的结构设计严谨,内容由浅入深,循序渐进。我们从最基本的概念入手,清晰地定义了常微分方程的类型、阶数、线性与非线性、齐次与非齐次等关键术语。理解这些基础概念是进一步学习所有后续内容的前提。随后,本书将系统地介绍求解常微分方程的各种经典方法,并结合大量的示例和练习,让读者在实践中巩固所学。 解析方法:经典与现代的融合 对于一阶常微分方程,本书将详尽阐述分离变量法、齐次方程法、线性方程法(包括伯努利方程)、全微分方程法以及恰当因子法。每种方法都配以清晰的推导过程和具体的应用案例,帮助读者理解其原理和适用范围。例如,在介绍分离变量法时,我们将展示如何利用它来解决人口增长模型或放射性衰变问题。 对于二阶线性常微分方程,特别是系数为常数的齐次和非齐次方程,本书将深入讲解特征方程法(包括实根、重根和复根情况)及其在求解振动系统、电路分析等问题中的应用。此外,我们还将介绍变分参数法,这是一种更为通用的求解非齐次方程的方法,即使在方程系数不为常数时也能发挥作用。 随着内容的推进,我们将引入更高阶的线性常微分方程,以及一些特殊的非线性方程。对于非线性方程,虽然一般没有通用的解析解法,但本书会重点介绍一些特殊类型(如自治方程、可降阶方程)的求解技巧,并引导读者理解其解的存在性和唯一性定理,以及一些定性分析方法,例如相平面分析,这对于理解系统的长期行为至关重要。 数值方法:应对复杂系统的利器 在现实世界中,许多常微分方程无法得到精确的解析解。这时,数值方法就显得尤为重要。《常微分方程:内容、方法与技巧》将系统地介绍主流的常微分方程数值求解方法,包括: 欧拉方法(Euler Methods):作为最基础的数值方法,本书将详细讲解前向欧拉法、后向欧拉法和改进欧拉法的原理、算法步骤、收敛性分析以及稳定性问题。通过对这些方法的深入理解,读者可以建立起数值求解的初步概念。 龙格-库塔方法(Runge-Kutta Methods):这是更精确且应用广泛的一类数值方法。本书将重点介绍经典的四阶龙格-库塔方法(RK4),并简要介绍其他阶数的RK方法。我们将详细解析其构造原理、误差分析,并展示其在处理更复杂的动态系统时的优势。 多步法(Multistep Methods):除了单步法,本书还将介绍亚当斯-巴什弗斯(Adams-Bashforth)和亚当斯-莫尔顿(Adams-Moulton)等显式和隐式多步法。这些方法利用历史信息来计算当前步的解,通常能以更少的计算量获得较高的精度。 误差控制与稳定性:数值方法的精度和稳定性是关乎计算结果可靠性的关键。本书将专门开辟章节讨论局部截断误差、全局截断误差、收敛性以及数值稳定性。我们将介绍步长控制策略,如自适应步长算法,以及如何评估和选择合适的数值方法来满足特定的精度要求。 理论基础与应用场景 除了求解方法,本书还强调常微分方程背后的深刻理论。我们将系统地讲解: 解的存在性与唯一性:通过皮卡-林德洛夫定理(Picard-Lindelöf Theorem)等,帮助读者理解为什么对于给定的初值问题,通常存在唯一的解。 线性方程组的解法:对于高阶线性方程,将其转化为一阶线性方程组是常见的策略。本书将介绍矩阵指数法、特征值分解等方法,用于求解线性方程组的解析解。 稳定性理论:对于动态系统,其稳定性是至关重要的研究内容。我们将介绍平衡点的稳定性、线性化方法以及李雅普诺夫稳定性理论,帮助读者分析系统的长期行为。 本书的编写风格注重理论与实践的结合。每章都包含大量的例题,涵盖了物理学(力学、电磁学)、工程学(控制理论、电路分析)、生物学(种群动力学、疾病传播)、经济学(金融建模)等多个领域。这些例题不仅展示了常微分方程的应用价值,也为读者提供了将理论知识转化为实际问题解决方案的范例。 学习进阶与精通之道 《常微分方程:内容、方法与技巧》不仅仅是一本教科书,更是一本能够引导读者走向精通的指南。本书的“技巧”部分,将分享许多实用的学习和解决问题的方法: 建模的艺术:如何将实际问题转化为数学模型,这是应用常微分方程的第一步。本书将提供一些建模的案例分析,并强调模型简化、假设建立以及模型验证的重要性。 工具的使用:我们将推荐并简要介绍一些常用的计算软件(如MATLAB, Python SciPy库)在求解常微分方程中的应用,帮助读者提高计算效率和可视化能力。 常见陷阱与误区:通过指出解题过程中可能遇到的常见错误和理解误区,帮助读者避免“掉坑”,从而更扎实地掌握知识。 无论您是数学、物理、工程、计算机科学或相关领域的学生,希望系统学习常微分方程,还是希望深化对动力学系统理解的从业者,本书都将是您不可或缺的宝贵资源。通过《常微分方程:内容、方法与技巧》,您将获得一套强大的分析工具,解锁理解和改造我们周围世界的钥匙。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我尤其欣赏书中关于“线性微分方程组”的讲解。这部分内容对于理解多变量动态系统的行为至关重要,例如在物理学中的振动系统、电路分析以及在工程学中的控制理论等领域都有广泛应用。作者以非常系统的方式介绍了矩阵方法,包括特征值和特征向量在求解齐次和非齐次线性微分方程组中的作用。他不仅给出了详细的计算步骤,还深入探讨了特征值和特征向量的几何意义,帮助我理解了系统的稳定性以及各种解的性质,如指数衰减、振荡增长等。这些深度的分析让我对线性系统的行为有了更透彻的认识,远超出了简单的代数运算。

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对于我来说,学习常微分方程不仅是为了应付考试,更重要的是为了能够运用它来解决实际问题。《常微分方程内容.方法与技巧》在这方面做得非常出色。书中穿插了大量来自不同学科领域的应用实例,例如物理学中的牛顿冷却定律、电路分析中的RLC电路,以及生物学中的种群增长模型等。这些例子不仅展示了常微分方程的强大威力,也让我看到了数学在现实世界中的实际价值。更重要的是,作者在讲解这些应用题时,会详细分析如何将实际问题转化为微分方程模型,以及如何根据模型的解来解释实际现象。这极大地培养了我将抽象数学概念与具体工程问题相结合的能力。

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作为一名渴望提升数学技能的学生,我一直在寻找能够真正帮助我理解并熟练运用常微分方程的书籍。《常微分方程内容.方法与技巧》无疑满足了我的这一需求。它的内容组织非常人性化,从最基本的概念、定义、分类,到各种求解方法,再到稳定性理论和边值问题,脉络清晰,逻辑严谨。尤其是在讲解“方法与技巧”这部分,作者提供了一些非常实用的解题技巧和注意事项,比如如何识别方程的类型,如何进行变量替换以简化方程,以及在数值解法中如何处理误差等。这些“技巧”的价值在于它们能够帮助我们事半功倍,避免走弯路,更快地找到问题的症结所在。

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在学习过程中,我发现本书对于“特殊方程”的讲解也相当详尽。例如,伯努利方程、黎卡提方程、欧拉方程等等。对于这些方程,作者不仅给出了具体的解法,还分析了它们为什么能够通过特定的变量替换或降阶技巧转化为我们已经熟悉的基本方程。这种“化归”思想是解决复杂数学问题的核心能力之一,本书通过对这些特殊方程的分析,极大地锻炼了我的这种能力。每一次成功地将一个看似棘手的方程转化为一个简单的形式,都让我对数学的严谨和美妙有了更深的体悟。

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这本书在讲述各种求解方法时,非常注重方法的由来和背后的思想。例如,在介绍常数变易法时,作者并没有直接给出公式,而是先从线性方程解的结构出发,通过引入一个待定函数,然后巧妙地将其代入原方程,推导出该函数需要满足的微分方程,最终得到解。这种循序渐进的推导过程,让我能够理解“为什么”要这样做,而不是仅仅记住“怎么”做。这种对理解的侧重,让我能够更好地掌握这些方法,并在面对新的、稍微变异的问题时,也能灵活运用和调整。

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本书在数学分析的严谨性和实际解法的操作性之间找到了一个绝佳的平衡点。一方面,它没有回避数学证明和定理的严谨性,例如在关于解的存在性和唯一性的讨论中,作者清晰地阐述了皮卡-林德洛夫定理的核心思想,并给出了适当的例子说明其适用范围。另一方面,它又非常注重解法的技巧和效率,提供了大量可以直接应用的计算步骤和公式,并强调了在不同情况下的最优选择。这种兼顾理论深度和实践指导性的编排,对于想要全面掌握常微分方程的学生来说,是非常宝贵的。

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在阅读《常微分方程内容.方法与技巧》的过程中,我感受到作者深厚的功底和对教学的热情。他不仅能够清晰地阐述复杂的数学概念,还能用生动有趣的方式将它们呈现出来,让学习过程不再枯燥。本书的另一个亮点是其配套的习题集。这些习题设计得非常精妙,从基础的巩固练习到需要深入思考的应用题,应有尽有。而且,每一类习题都对应着书中的相应章节,确保了知识点的消化和吸收。通过解答这些习题,我不仅巩固了所学知识,还进一步提升了解决问题的能力,对常微分方程的理解也更加透彻和牢固。

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我特别喜欢书中关于“数值解法”的部分。在很多实际问题中,解析解可能难以获得,这时候就需要依靠数值方法来近似求解。本书系统地介绍了多种常用的数值方法,如欧拉方法、改进欧拉方法、龙格-库塔方法等。作者不仅详细解释了这些方法的原理和算法,还分析了它们的精度和收敛性。更重要的是,书中提供了如何使用计算机语言(例如Python或MATLAB)来实现这些算法的示例代码,这对于我这种希望将理论与实践相结合的学生来说,是极大的帮助。通过自己动手实现,我能更深刻地理解这些算法的运作机制。

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更让我印象深刻的是,本书在讲解各种解法时,不仅仅停留在“会算”的层面,而是深入剖析了每种方法的思想内核和适用范围。无论是分离变量法、线性方程法,还是更复杂的幂级数解法和常数变易法,作者都详尽地阐述了其推导过程,并重点强调了在何种情况下选择何种方法更为高效。这对于我来说至关重要,因为在面对一个陌生的微分方程时,能够快速准确地判断其类型并选择合适的解法,是解决问题的关键。书中的例题设计也极具代表性,涵盖了从初等方程到一些具有实际应用背景的方程,每道例题都附有详细的解题步骤和思路分析,让我能够模仿学习,并在遇到类似问题时触类旁通。

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这本书的标题《常微分方程内容.方法与技巧》就足以让人产生强烈的求知欲,尤其是在我踏入更深入的数学和物理领域学习的过程中,对常微分方程的掌握程度直接关系到我解决实际问题的能力。翻开这本书,我首先被它那清晰的排版和富有逻辑性的章节划分所吸引。作者并没有一开始就抛出晦涩难懂的定义和定理,而是从最基础的概念入手,循序渐进地引导读者进入常微分方程的世界。每一个概念的引入都配有生动形象的比喻或者贴近实际生活的例子,这极大地降低了学习门槛,让我这个初学者也能感到亲切和易于理解。例如,在介绍微分方程的几何意义时,作者巧妙地将斜率场比作山坡上的小球滚动的方向,这种直观的类比让我瞬间领悟了斜率场的实际含义,也为理解解的存在性和唯一性定理打下了坚实的基础。

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讲述的还是比较清晰的东西,可以当做辅导丛书,看看有收益,但是不哟功利的当做考试磨枪,就是非常好的东西。其实,对于技巧,我还是从心底里排斥的,其实这样的态度不是非常的好,技巧当然需要,不要过度就好

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