Partial Differential Equations

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出版者:Addison Wesley
作者:Eric Stade
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-11-28
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9780201722017
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

《偏微分方程》是一本为数学、物理、工程以及其他相关领域的学生和研究人员精心编撰的入门级读物。本书旨在为读者提供理解和应用偏微分方程(PDEs)所需的基础知识和核心概念。 偏微分方程是描述自然界中各种现象的核心数学工具,从流体的运动到电磁波的传播,从热量的扩散到量子力学的运作,几乎无处不在。本书将引导读者深入探索这些方程的数学结构,并教授解决它们的基本方法。 本书内容概览: 第一部分:基础概念与一阶方程 引言: 我们将首先介绍偏微分方程的定义、重要性及其在科学和工程中的广泛应用。通过具体的例子,读者将对PDEs在现实世界中的体现有一个直观的认识。 基本概念: 深入剖析偏微分方程的阶、线性与非线性、齐次与非齐次等基本分类。理解这些分类有助于我们选择合适的求解策略。 一阶偏微分方程: 本部分将聚焦于一阶PDEs的求解。我们将学习特征线法(Method of Characteristics),这是一种系统性的方法,能够找到一阶线性、半线性以及某些拟线性PDEs的解析解。通过大量的例题,读者将熟练掌握如何运用该方法解决各种类型的一阶问题。 第二部分:二阶偏微分方程的分类与基本理论 二阶PDEs的类型: 核心部分将转向二阶PDEs。我们将详细介绍三种最基本也是最重要的二阶PDEs:波动方程、热传导方程(或扩散方程)以及拉普拉斯方程(或泊松方程)。 分类与等价变换: 学习如何根据二阶PDEs的系数将它们分类为椭圆型、抛物型和双曲型。我们将探讨如何通过坐标变换等方法将PDEs化为标准形式,这为后续的求解奠定基础。 存在性、唯一性与适定性: 这是一个理论上的关键。我们将介绍解决PDEs问题时需要考虑的几个重要方面:解的存在性(是否存在解?)、唯一性(解是否是独一无二的?)以及适定性(解对初始和边界条件的微小变化是否敏感?)。 第三部分:经典方程的求解方法 分离变量法(Separation of Variables): 这是解决许多边界值问题和初边值问题的强大技术。我们将详细讲解如何将一个偏微分方程分解为一组常微分方程,然后通过求解这些常微分方程并利用边界条件来构造PDEs的解。该方法在求解矩形、圆形等简单几何区域内的热传导、波动等问题中尤为有效。 傅里叶级数与傅里叶变换(Fourier Series and Fourier Transforms): 傅里叶方法是处理周期性函数和非周期性函数的重要工具,它们在求解PDEs中扮演着至关重要的角色。本书将介绍傅里叶级数如何用于处理边界条件,以及傅里叶变换如何将PDEs在函数空间中进行转换,从而简化求解过程。 格林函数法(Green's Function Method): 对于非齐次PDEs或具有复杂边界条件的方程,格林函数法提供了一种通用的求解框架。我们将解释格林函数的概念及其性质,并展示如何利用它来找到PDEs的特定解。 其他高级技术(部分介绍): 根据读者的基础,本书还将对一些更高级的求解技术进行初步介绍,例如傅里叶变换、拉普拉斯变换在PDEs求解中的应用,以及一些数值方法的概述,为读者进一步深入学习打下基础。 第四部分:物理应用与数值方法概述 经典物理问题: 本书将穿插大量实际的物理应用案例,例如: 一维和二维波动方程: 描述弦的振动、声波的传播。 热传导方程: 解释物体内部温度的分布和演化。 拉普拉斯方程和泊松方程: 用于描述稳态电势、流体静力学和引力势等。 通过这些应用,读者可以深刻理解PDEs如何模拟和预测真实世界的物理过程。 数值方法概述: 鉴于许多PDEs无法获得解析解,本书还将对主要的数值求解方法进行概述,包括有限差分法(Finite Difference Method)和有限元法(Finite Element Method)的基本思想,让读者了解如何在计算机上近似求解这些方程。 本书的特色: 循序渐进: 内容从基础概念开始,逐步深入到更复杂的理论和方法,确保读者能够稳步掌握。 理论与实践结合: 理论推导清晰严谨,同时辅以大量数学物理中的典型应用案例,帮助读者理解PDEs的实际意义。 强调方法论: 除了给出具体方程的解法,本书更注重教授通用的求解思想和策略,培养读者的分析和解决问题的能力。 丰富的习题: 每章都配有精心设计的习题,涵盖从概念理解到方法应用的不同难度,是巩固学习的关键。 《偏微分方程》将是您探索数学建模、理解物理现象、解决工程挑战的得力助手。无论您是初学者还是希望系统梳理PDEs知识的研究者,本书都将为您打开通往更广阔数学世界的大门。

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读后感

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用户评价

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《偏微分方程》这本书,是一本值得反复研读的经典之作。它所呈现的内容,不仅是对数学理论的深度挖掘,更是对科学思维方式的启迪。我常常在阅读过程中,感受到作者对于数学知识的深刻理解和驾驭能力。书中对偏微分方程的基本理论,如存在性、唯一性、正则性等方面的论述,严谨而全面,为读者构建了一个完整的知识体系。 更令我赞叹的是,这本书并没有仅仅停留在理论层面,而是将大量的篇幅投入到各种解法的介绍和应用上。我特别喜欢书中对傅里叶级数、拉普拉斯变换以及各种数值方法的详细讲解,并通过具体的物理和工程问题来展示这些方法的强大威力。例如,在讲解如何利用有限元方法求解复杂几何区域上的偏微分方程时,书中详细阐述了离散化过程、插值函数选择以及方程组的求解等关键步骤。每一次学习,都让我对解决实际问题的方法有了更深的认识。

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拿到《偏微分方程》这本书时,我首先被它厚重的体积和严谨的排版所吸引,这预示着它将是一本内容极其丰富的参考书。书中对偏微分方程的定义、基本性质以及分类进行了系统性的阐述,为后续的学习打下了坚实的基础。我非常喜欢书中对不同类型方程的数学特性和物理意义的结合分析,这使得抽象的数学概念变得生动起来,也更能激发读者的学习兴趣。 书中对多种解法的介绍,无论是解析方法还是数值方法,都做得非常详尽。我尤其对书中关于分离变量法和格林函数法的讲解印象深刻,作者通过清晰的推导过程和丰富的示例,将这些复杂的技巧展现得淋漓尽致。此外,书中在数值方法方面的内容,也提供了对有限差分法、有限元法等重要算法的深入介绍,并对其收敛性和稳定性进行了分析。这对于希望将数学模型应用于实际问题的读者来说,无疑是极其宝贵的指导。

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对于任何一位对数学建模和科学计算感兴趣的读者来说,《偏微分方程》这本书都提供了一个坚实的起点。我之所以如此认为,是因为它在理论深度和应用广度之间取得了极佳的平衡。书中从最基本的偏微分方程的定义和分类开始,逐步深入到对各类方程的性质、存在性、唯一性以及解的正则性等方面的深入探讨。这部分内容严谨而全面,为读者构建了一个完整的理论框架。 然而,这本书的价值远不止于理论。我尤其看重书中对各种解法的详细介绍,包括傅里叶变换、拉普拉斯变换、分离变量法等经典解析技巧,以及有限差分法、有限元法等现代数值方法。书中通过大量的实例,展示了如何将这些数学工具应用于解决诸如传热、流体力学、电磁学等领域的实际问题。每一次学习新的解法,都感觉像是掌握了一件解决复杂问题的利器。

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坦白说,《偏微分方程》这本书的篇幅着实不小,但它所包含的内容深度和广度,绝对值回票价。我注意到书中对数学分析和线性代数等基础知识的假定,使得它更适合已经具备一定数学背景的读者。但即便如此,书中对一些基本概念的重申和补充,也让我在回顾和加深理解方面受益匪浅。我常常会在某个定理的推导过程中,发现作者巧妙地运用了之前学到的某个概念,这种前后呼应的设计,让整个知识体系显得更加完整和连贯。 书中对各种解法的介绍,从解析方法到数值方法,都做得非常扎实。我特别欣赏书中对一些解析解法的推导过程,每一步都经过了严密的论证,很少有跳跃性的思维。对于一些常见的偏微分方程,比如泊松方程、热方程、波动方程,书中都给出了多种求解思路,并且对各种方法的优缺点进行了比较。这对于我选择合适的解法来应对不同类型的问题非常有帮助。此外,书中关于数值解法的部分,也提供了非常实用的指导,让我能够将理论知识转化为实际操作。

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这本《偏微分方程》无疑是一本厚重而深刻的著作,初翻阅时,那密密麻麻的公式和定理就已经足够让人肃然起敬。我之所以被它吸引,很大程度上是因为它承诺要揭示那些描述自然界无数现象的底层数学规律。从最基本的拉普拉斯方程,到更为复杂的波动方程和热传导方程,书中似乎将我们带入了一个由这些方程编织而成的微观世界。我尤其对书中对这些方程的物理背景和推导过程的细致阐述感到印象深刻。它没有仅仅满足于给出抽象的数学形式,而是努力将数学语言与现实世界的物理过程联系起来,比如声波的传播、热量的扩散,甚至是量子力学中的一些基本原理。这种联系使得原本可能枯燥的数学概念变得生动有趣,也让我能更直观地理解为什么这些方程如此重要,以及它们是如何在科学研究和工程实践中发挥作用的。 书中对各类方程的解法进行了详尽的探讨,从早期的傅里叶级数和积分变换,到更现代的数值方法,几乎涵盖了求解偏微分方程的各种主流技术。每一次深入理解一种解法,都像是攻克了一座数学的山峰,那种豁然开朗的感觉是学习过程中的一大乐趣。作者在讲解每种方法时,都会先给出清晰的理论铺垫,然后通过大量的例子来展示其应用。这些例子并非简单的代数运算,而是包含了对问题本身的分析、模型建立、方程求解以及结果解释的全过程。我发现,通过反复研读这些例子,我不仅掌握了具体的计算技巧,更重要的是学会了如何将抽象的数学工具应用于解决实际问题,这种能力提升是难以用言语完全表达的。

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在我看来,《偏微分方程》这本书不仅仅是一本教材,更像是一扇通往更深层次数学世界的窗户。我并非数学科班出身,但在阅读过程中,我发现它对数学概念的阐述方式非常具有启发性。它并没有回避数学的严谨性,而是以一种循序渐进的方式,将复杂的思想分解成相对容易理解的部分。例如,书中在引入某些高级概念之前,会花大量篇幅铺垫基础知识,确保读者有坚实的数学基础来支撑后续的学习。这种“打地基”式的教学方法,对于我这样的非专业读者来说尤为重要。 书中对不同类型偏微分方程的分类和性质分析,给我留下了深刻的印象。无论是经典的三大类方程,还是更具挑战性的非线性方程,书中都给予了细致的讲解。我尤其喜欢书中关于这些方程在物理学、工程学、生物学等领域中的具体应用案例。它们不仅仅是抽象的数学模型,更是描述我们周围世界运转规律的有力工具。通过这些生动的例子,我能更深刻地体会到数学的实用价值,以及偏微分方程在解决实际问题中的不可替代的作用。

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阅读《偏微分方程》这本书,是一种在知识海洋中畅游的体验,它广博而深邃,让人心生敬畏。我常常惊叹于书中数学家们构建的精妙理论体系,以及这些理论如何能够如此精准地描述现实世界的现象。这本书在数学严谨性和应用导向之间找到了一个绝佳的平衡点。在理论层面,它对偏微分方程的分类、性质、解的存在性和唯一性等方面进行了深入剖析,为读者提供了坚实的数学基础。 同时,这本书的实用性也是其一大亮点。我尤其喜欢书中对各种解法的详细介绍,从经典的傅里叶分析到现代的数值方法,都进行了深入的讲解。例如,在介绍有限元方法时,书中不仅阐述了其数学原理,还提供了具体的算法框架和实现思路,这对于希望将数学模型应用于工程实践的研究者来说,无疑是宝贵的资源。每一次深入理解一个解法,都让我感觉自己又多了一件解决复杂问题的“武器”。

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《偏微分方程》这本书,就像一本百科全书,里面详尽地记载着那些描述宇宙万物运行规律的数学语言。我第一次翻开它时,就被那扑面而来的数学之美所震撼。书中从基础的概念入手,一步步引导读者走进偏微分方程的奇妙世界。我尤其对书中对不同类型方程(如椭圆型、抛物型、双曲型)的详细分类和性质分析感到印象深刻。它不仅解释了这些方程的数学特性,更重要的是,它阐述了这些方程在物理学、工程学、甚至经济学等领域的广泛应用。 书中对诸如热传导方程、波动方程、拉普拉斯方程等经典方程的讲解,可谓是面面俱到。我发现,作者在阐述解法时,总是先给出清晰的理论依据,然后通过具体而详尽的例子来加深读者的理解。无论是像分离变量法这样的经典技巧,还是格林函数法这样更为精妙的工具,书中都给予了充分的展示。而且,书中并没有止步于解析解的讨论,还对数值解法进行了深入的介绍,例如有限差分法和有限元法,并对它们的原理和实现细节进行了细致的讲解。

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在我看来,《偏微分方程》这本书不仅是一本学术专著,更是一份献给追求真理者的数学宝典。它所蕴含的知识体系庞大而复杂,但作者却以一种相对清晰的脉络将其呈现在读者面前。书中对偏微分方程的起源、发展以及在各个学科领域的应用都进行了详尽的介绍,这使得读者在学习数学本身的同时,也能深刻理解数学的价值和意义。 我特别欣赏书中对不同类型偏微分方程的讲解,从最基础的椭圆型、抛物型、双曲型方程,到一些更具挑战性的非线性方程,都给予了详尽的分析。书中在阐述解法时,总是循序渐进,从易到难,并且通过大量的实例来巩固读者的理解。例如,在介绍傅里叶级数和傅里叶变换在求解边值问题中的应用时,作者的讲解可谓是字斟句酌,逻辑严密。此外,书中关于数值方法的介绍,也为读者提供了将理论应用于实际的工具。

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一本关于偏微分方程的书,往往意味着一段充满挑战但又极其 rewarding 的旅程。当我拿到这本《偏微分方程》时,立刻被它严谨的逻辑和广博的覆盖面所吸引。书中的内容,从最基础的算子理论到各种类型的偏微分方程(比如椭圆型、抛物型、双曲型方程)的性质分析,再到一些非线性方程的探讨,可以说是一个系统性的梳理。我特别欣赏书中在介绍每个概念时,都回溯其历史发展和实际应用背景,这使得我不再感觉只是在学习一套枯燥的数学符号,而是能感受到这些数学工具是如何随着科学的进步而诞生、发展并不断完善的。 书中在讲解解析解法时,对诸如分离变量法、格林函数法等经典技巧进行了深入剖析,每一个步骤都清晰可见,逻辑严密。即便是一些较为复杂的证明,作者也尽力将其分解成易于理解的小部分。而当进入数值解法的部分,书中则提供了对有限差分法、有限元法等多种方法的详尽介绍,并对它们的收敛性、稳定性和精度进行了深入讨论。这对于那些希望将数学模型转化为计算机模拟的研究者来说,无疑是宝贵的财富。我曾花费大量时间去理解其中关于有限元方法的理论和算法细节,虽然过程艰辛,但最终收获的是一种能够直接应用于实际工程问题的能力。

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