Partial Differential Equations

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出版者:Birkhäuser Boston
作者:Emmanuele DiBenedetto
出品人:
页数:432
译者:
出版时间:1994-12-22
价格:USD 89.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780817637088
丛书系列:
图书标签:
  • 偏微分方程
  • 数学分析
  • 数值分析
  • 高等数学
  • 应用数学
  • 工程数学
  • 科学计算
  • 微分方程
  • 数学物理
  • PDE
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具体描述

This is self-contained elementary introduction to partial differential equations. It assumes only advanced differential calculus and some Lp theory. Taking some basic physical models as a starting point, the author uses a classical analysis approach and a non-linear point of view to introduce the basic aspects of the theory and provide a background for some current research directions.

经典力学导论:从牛顿定律到哈密顿原理 作者: [此处留空,或使用一个虚构的、但听起来专业的作者名,如:亚历山大·科瓦奇 (Alexander Kovac)] 出版社: [此处留空,或使用一个听起来严谨的学术出版社名称,如:普林斯顿大学出版社 或 牛津大学出版社] --- 本书核心聚焦: 经典力学的基石、从微观到宏观的运动规律的统一描述,以及理论框架的深刻哲学意涵。 字数: 约1500字 --- 第一部分:运动的几何与代数基础 (The Geometric and Algebraic Foundations of Motion) 本书旨在为读者构建一个坚实、深刻且优美的经典力学体系,该体系超越了高中物理中常见的、仅依赖于牛顿第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的表述。我们着重于探索运动的内在结构,即那些不依赖于特定坐标系选择的、普适的守恒定律和变分原理。 第一章:复习与拓展:从笛卡尔到广义坐标 (Review and Extension: From Cartesian to Generalized Coordinates) 本章首先快速回顾了牛顿力学中的核心概念:力、质量、加速度。然而,重点立即转向了更具几何洞察力的描述——约束系统。我们将深入讨论完整约束与非完整约束的区别,并阐明为何在处理复杂系统(如摆、约束在球面或圆锥面上的粒子)时,笛卡尔坐标系会变得异常笨拙。 随后,我们将引出拉格朗日力学的基石——广义坐标 $mathbf{q} = {q_1, q_2, dots, q_N}$。我们详细解析了雅可比矩阵(或称坐标变换矩阵)在描述速度和坐标变化中的关键作用,并为后续的变分原理做好准备。 第二章:拉格朗日力学:最小作用量与微分方程的诞生 (Lagrangian Mechanics: The Principle of Least Action and the Emergence of Differential Equations) 本章的核心是达朗贝尔原理 (d'Alembert's Principle)。我们将其严谨地表述为“虚功原理”在瞬时运动中的推广,这使得我们可以将约束力从方程中优雅地消除。 在此基础上,我们介绍欧拉-拉格朗日方程 (Euler-Lagrange Equations) 的推导过程。我们强调,拉格朗日量 $L(q, dot{q}, t) = T - V$(动能 $T$ 减去势能 $V$)是描述系统的核心函数。本章通过分析简谐振子、系绳上的质量块以及单摆等经典案例,展示了拉格朗日方法在简化问题求解上的巨大优势。 第三章:辛结构与守恒量 (Symplectic Structure and Conservation Laws) 紧密跟随欧拉-拉格朗日方程,我们探讨了诺特定理 (Noether's Theorem)。这是一个深刻的物理与数学的交叉点:系统的连续对称性必然对应着一个守恒量。我们详细分析了时间平移对称性对应能量守恒、空间平移对称性对应动量守恒、以及空间转动对称性对应角动量守恒的数学证明。 本章的深化部分引入了正则动量 $p_i = frac{partial L}{partial dot{q}_i}$ 的概念,为过渡到哈密顿力学奠定了代数基础。 第二部分:规范与对称性:哈密顿与辛几何 (Canonical Formalism and Symplectic Geometry) 本部分将经典力学提升到一个更抽象、更具几何美感的层次,为理解量子力学和场论中的规范原理做好了准备。 第四章:哈密顿力学:相空间与正则变换 (Hamiltonian Mechanics: Phase Space and Canonical Transformations) 我们通过勒让德变换 (Legendre Transformation) 从拉格朗日量 $L(q, dot{q}, t)$ 导出哈密顿量 $H(q, p, t)$。哈密顿量通常代表系统的总能量。 本章的核心是哈密顿正则方程 (Hamilton's Canonical Equations): $$dot{q}_i = frac{partial H}{partial p_i} quad ext{和} quad dot{p}_i = -frac{partial H}{partial q_i}$$ 这些一阶微分方程构成了系统的运动演化方程,将 $2N$ 维的相空间视为研究对象。我们深入探讨了正则变换 (Canonical Transformations) 的性质,包括保辛性(Poissn括号的保持)。 第五章:泊松括号与流的演化 (Poisson Brackets and Flow Evolution) 我们将力学的演化方程与一个强大的代数结构联系起来——泊松括号 (Poisson Brackets)。对于任意两个力学量 $A$ 和 $B$,它们的泊松括号 ${A, B}$ 定义了它们在相空间中如何交互。我们证明了守恒量(即与哈密顿量泊松括号为零的量)的物理意义,并证明了泊松括号的代数性质(反对称性、雅可比恒等式)。 通过引入哈密顿流 (Hamiltonian Flow) 的概念,我们展示了系统在相空间中的轨迹如何由哈密顿量驱动,从而为更深入的动力学分析提供了工具。 第六章:微扰理论与非线性动力学初步 (Perturbation Theory and Introduction to Nonlinear Dynamics) 在真实世界的物理问题中,往往无法找到精确的解析解。本章教授如何处理微扰问题。 1. 时间无关微扰理论: 如何计算系统受到微小、不随时间变化的外部作用时的能级和本征态的修正。 2. 时间依赖微扰理论: 引入金兹伯格公式 (Zener Formula) 等工具,分析系统在周期性或瞬时外部场作用下的跃迁概率。 最后,本章将目光投向非线性系统,通过对受阻尼、受驱动的单摆的分析,简要介绍了相平面分析和稳定性的概念,暗示了经典力学在复杂系统中的局限与延伸。 第三部分:场论的萌芽:从粒子到连续介质 (The Seeds of Field Theory: From Particles to Continuous Media) 本部分将经典力学框架扩展到描述无限自由度系统——即连续介质和场。 第七章:变分原理的泛化:场与拉格朗日密度 (Generalizing the Variational Principle: Fields and the Lagrangian Density) 我们将拉格朗日量 $L$ 推广为拉格朗日密度 $mathcal{L}( phi, partial_mu phi, x)$,其中 $phi$ 是场变量,$partial_mu phi$ 是其梯度(空间和时间导数)。系统的作用量现在是 $mathcal{S} = int mathcal{L} , d^4x$(或相应维度的体积分)。 通过对场变量 $phi$ 应用欧拉-拉格朗日方程,我们导出了欧拉-拉格朗日方程在场论中的形式,即运动方程。 第八章:弹性理论与流体力学的基础 (Foundations of Elasticity and Fluid Dynamics) 我们应用第八章的场论方法来处理具体的连续介质问题: 1. 弹性波: 推导一维弹性介质(如弦)的波动方程。我们明确指出,这里的“力”不再是点状作用力,而是由应力张量描述的场。 2. 不可压缩流体: 引入流体密度 $ ho$ 和速度场 $mathbf{v}$ 作为场变量,推导连续性方程(质量守恒)和欧拉方程(动量守恒)。本章将强调,拉格朗日密度方法在推导这些复杂的偏微分方程组时,依然保持了其简洁性与统一性。 总结与展望 本书的结构清晰地展示了经典力学如何从牛顿的力学直觉,通过拉格朗日和哈密顿的抽象化,最终演化成一个普适的、基于变分原理和对称性的理论框架。我们不涉及量子力学中的算符、不讨论相对论中的时空弯曲,而是专注于将牛顿体系推向其数学和哲学上的极致,为后续深入学习更前沿的理论物理学打下不可动摇的、古典的基石。本书的读者将掌握处理任何宏观、非相对论系统的强大数学工具。

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用户评价

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这本书《Partial Differential Equations》给我留下了极为深刻的印象,它并非一本普通的教科书,而更像是一部关于数学思想的史诗。我曾尝试阅读过一些偏微分方程的书籍,但往往在复杂的公式推导和抽象的概念中迷失方向。然而,这本书却以一种更加宏观和哲学的视角,引导我重新审视这个领域。 我尤其欣赏书中关于“变分原理”的介绍。它将偏微分方程与优化理论紧密联系起来,让我看到了数学之间深刻的内在联系。作者通过对一些经典变分问题的讲解,展示了如何从一个最优化目标出发,推导出相应的偏微分方程。这种视角非常新颖,也让我对数学的统一性有了更深的体会。 书中对“解的存在性”和“解的正则性”的讨论,也让我大开眼界。我一直以为只要方程写出来,解就自然而然地存在且是“好”的。但这本书让我明白,证明解的存在性和光滑性本身就是一项非常重要的数学课题,需要精妙的分析工具和深刻的洞察力。作者在这部分的讲解,充满了智慧的火花。 另外,我被书中关于“数学物理方程的几何解释”所吸引。作者并没有仅仅将它们视为代数方程,而是试图从几何的语言来描述它们,比如利用曲率、面积分等概念来阐释方程的物理意义。这种几何化的视角,让抽象的数学概念变得更加直观和易于理解。 总而言之,这本书并非一本能让你快速掌握计算技巧的书,而是一本能够提升你数学思维深度和广度的书。它挑战了我固有的认知,让我对偏微分方程有了全新的理解。我感觉自己仿佛经历了一次心灵的洗礼,对数学的敬畏之情油然而生。

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这是一本让我感到“眼前一亮”的偏微分方程书籍。我一直对数学的某些分支感到有些畏惧,觉得它们过于抽象和理论化,难以与现实世界联系起来。然而,《Partial Differential Equations》这本书却以一种非常独特的视角,打消了我的顾虑。 最令我称道的是,书中并没有局限于数学本身的理论推导,而是将目光投向了偏微分方程的“历史”和“思想”。作者在介绍每一个重要的方程或解法时,都会追溯其发现的背景,介绍相关的科学家以及他们当时遇到的挑战。这种“讲故事”的方式,让枯燥的数学知识变得生动有趣,也让我对这些数学工具的产生过程有了更深的理解。 我特别喜欢书中关于“能量方法”的论述。这是一种非常强大的工具,能够用来证明解的存在性和唯一性,尤其是在处理一些复杂的边界条件时。作者对能量方法的讲解,既有理论上的严谨,又充满了直观的解释,让我能够体会到数学的优雅和力量。 此外,书中还对一些“特例”和“边界情况”进行了深入的探讨。这对于真正掌握一个数学工具来说至关重要。作者并没有回避这些“不那么完美”的情况,而是将其作为重要的学习点来讲解,这让我意识到,在实际应用中,对这些细节的把握往往是决定成败的关键。 这本书的语言风格也非常考究,既有数学的精确性,又不失文学的美感。阅读这本书,就像是在与一位博学的智者进行一场深入的交流,让我受益匪浅。它不仅仅是一本教材,更是一次启发思考的旅程。

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我最近开始涉猎偏微分方程这个领域,一本名为《Partial Differential Equations》的书引起了我的注意。这本书给我的第一印象是它的“接地气”。不同于我之前看到的那些动辄就是抽象概念和复杂推导的书籍,这本书以一种更贴近实际应用的方式,引导我逐步走进偏微分方程的世界。 书中对我触动最深的是它对于偏微分方程分类和基本性质的讲解。作者花了相当多的篇幅来阐述不同类型的方程(如椭圆型、抛物型、双曲型)的物理意义和数学特性。这让我明白,理解方程本身的“性格”是解决问题的关键。例如,关于定性分析的章节,让我体会到即使无法得到精确解,也能通过分析方程的性质来预测解的行为,这在很多实际问题中具有重要的指导意义。 我还很喜欢书中对一些基本定理的阐述,比如最大值原理、唯一性定理等。作者的讲解思路非常清晰,总是先给出一个直观的理解,然后再进行严谨的数学证明。这种由浅入深、循序渐进的学习方式,让我感觉自己能够真正掌握这些重要的理论。 此外,这本书在讲解过程中,会穿插一些著名的偏微分方程在不同学科中的应用案例。比如,在流体力学、电磁学、量子力学等领域,这些方程是如何被用来描述和预测自然现象的。这些案例的引入,不仅让学习过程更加有趣,也让我对偏微分方程的实用价值有了更深刻的认识。 总的来说,这本书是一本优秀的入门读物,它以一种平易近人的方式,为读者构建起对偏微分方程系统的认识。它让我不再觉得这个领域高不可攀,反而激起了我进一步探索的兴趣。这是一本值得推荐给所有对偏微分方程感兴趣的读者的书。

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这本书简直是一场智慧的盛宴,让我对偏微分方程的世界有了全新的认识。我一直觉得偏微分方程是数学皇冠上的明珠,但总是望而却步,觉得它晦涩难懂。然而,这本书彻底改变了我的看法。作者以一种极为清晰、逻辑严谨的方式,将复杂的概念层层剥开,展现在我面前。 我特别喜欢书中对经典方程的讲解,比如热方程、波动方程和拉普拉斯方程。作者并没有直接给出枯燥的公式,而是从物理背景入手,解释了这些方程是如何产生的,它们在现实世界中扮演着怎样的角色。这种“知其所以然”的学习方式,让我能够更深刻地理解公式背后的意义,而不是死记硬背。 在解法方面,书中涵盖了多种重要的技巧,包括分离变量法、傅里叶变换、格林函数法等等。每一章都循序渐进,从简单的例子开始,逐步过渡到更复杂的应用。我尤其欣赏作者在讲解每种方法时,都会详细分析其适用范围和局限性,这对于我判断何时使用何种方法至关重要。 此外,书中还提供了大量的例题和习题,这些练习题的难度设计得非常好,既能巩固所学知识,又能激发我的思考。完成这些题目后,我感觉自己对偏微分方程的掌握程度得到了显著提升。这本书的排版和插图也都很精美,阅读体验非常舒适。 总而言之,这本书是我学习偏微分方程以来最满意的一本教材。它不仅提供了扎实的理论基础,更重要的是培养了我独立解决问题的能力。无论你是初学者还是有一定基础的学习者,我相信这本书都会给你带来巨大的收获。它是我书架上不可或缺的宝藏。

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这本《Partial Differential Equations》简直是一股清流,在众多偏微分方程的教材中脱颖而出。我之前接触过一些相关书籍,但总觉得内容要么过于理论化,要么过于侧重计算,很难找到一个平衡点。而这本书,却巧妙地在理论深度和实际应用之间找到了完美的契合。 让我印象深刻的是,书中对数学建模的重视。作者并没有仅仅停留在方程的求解层面,而是花了相当大的篇幅讲解如何将实际的物理、工程问题转化为偏微分方程模型,以及如何解释模型解的物理意义。这种跨学科的视角,极大地拓宽了我对偏微分方程应用的认识,让我看到了它在解决真实世界难题中的强大力量。 另外,我非常赞赏书中对数值方法的介绍。在现代科学研究中,解析解往往难以获得,数值方法显得尤为重要。本书对有限差分法、有限元法等主流数值方法的讲解,既有理论上的严谨性,又不失直观性。作者通过生动的图示和算法伪代码,将抽象的数值计算过程具象化,让我能够更容易理解其原理和实现。 本书的习题集也做得非常出色。它不仅包含了计算题,更有许多需要分析和讨论的题目,这迫使我深入思考方程的性质和解的特点。我感觉自己通过做这些习题,不仅锻炼了计算能力,更提升了分析和抽象思维能力。 总的来说,这本书是一本非常有价值的参考书,它不仅教授知识,更培养学习者独立思考和解决问题的能力。对于希望深入理解偏微分方程在科学和工程领域应用的读者来说,这本书绝对是不容错过的选择。它为我打开了一扇新的大门,让我对未来的学习和研究充满了期待。

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