Differential Equations With Applicationa & Historical Notes 2/e

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圖書描述

A revision of a much-admired text distinguished by the exceptional prose and historical/mathematical context that have made Simmons' books classics. The Second Edition includes expanded coverage of Laplace transforms and partial differential equations as well as a new chapter on numerical methods.
好的,這是一份為一本名為《微分方程:應用與曆史注釋(第二版)》的圖書所撰寫的、內容詳盡且不包含該書特定內容的圖書簡介。 --- 圖書簡介:探尋數學的邊界——現代科學與工程中的動力係統 本書聚焦於動力係統的數學基礎、解析工具以及在現代科學與工程領域中廣泛而深刻的應用。 我們生活在一個不斷變化的世界中,從天體的運行軌跡到材料的內部結構,從生物群落的動態演變到金融市場的波動起伏,所有這些現象都以數學語言錶達為動態過程。理解這些過程的本質,需要一套強大的數學工具——那就是微分方程。 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的視角,探索微分方程的理論框架,側重於那些能夠直接描述現實世界復雜係統的分析方法、數值技術以及背後的深刻數學原理。我們不滿足於僅僅羅列公式和解法,更緻力於揭示這些方程如何作為連接抽象數學與具體物理現象的橋梁。 理論基石:嚴謹的數學構建 本書的首要目標是夯實讀者在微分方程理論上的基礎。我們將從最基本的概念——常微分方程(ODEs)和偏微分方程(PDEs)的分類與基本性質入手。 在常微分方程部分,我們將詳細闡述綫性與非綫性方程的解析解法。對於綫性係統,特徵值問題和基解的構建是核心內容,這直接決定瞭係統的穩定性和長期行為。我們將探討常係數綫性方程組的矩陣指數方法,這不僅在理論上優雅,更在控製理論中有著不可替代的地位。對於非綫性係統,相平麵分析是理解其拓撲結構的關鍵工具。我們將深入探討平衡點的分類,極限環的存在性與穩定性(如龐加萊-柳普諾夫穩定性理論),以及分岔理論的初步介紹,使讀者能夠識彆係統在參數變化時可能發生的定性轉變。 偏微分方程部分,我們將重點關注那些描述守恒定律和波動現象的核心方程,如熱傳導方程(擴散過程)、波動方程(振動與傳播)和拉普拉斯/泊鬆方程(穩態場)。我們將係統地介紹分離變量法,它在處理特定邊界條件下的初邊值問題時展現齣無與倫比的威力。此外,傅裏葉級數與積分變換作為處理這些問題的關鍵工具,將被詳盡闡述,揭示它們如何將復雜的微分問題轉化為代數問題。 分析工具:超越初等積分 現代微分方程的求解往往需要更高級的分析技術。本書將引入諸如Green函數法,它提供瞭一種係統化的方法來處理非齊次邊界條件下的綫性微分方程,並在量子力學和電磁場理論中發揮關鍵作用。我們還將探討變分原理,它提供瞭一種能量最小化的視角來構造和求解某些類型的PDEs,特彆是與彈性力學和流體力學相關的方程。 對於那些解析解難以獲得的非綫性問題,我們將轉嚮漸近分析。攝動理論(如小參數展開)和匹配漸近展開法是理解復雜係統長期行為和局部結構的關鍵,這些方法是理解湍流、邊界層現象和復雜振動模式的基礎。 計算方法:模擬與仿真 解析解固然重要,但絕大多數實際問題需要依賴數值方法。本書將用大量篇幅來介紹數值微分方程(NDEs)。 在常微分方程方麵,我們將從最基礎的歐拉法開始,逐步過渡到更穩定、更精確的龍格-庫塔(Runge-Kutta)方法族,並探討隱式方法在處理剛性(Stiff)係統中的必要性。對於PDEs,有限差分法(FDM)是核心內容,我們將詳細分析其在不同維度和不同類型方程上的應用,包括前嚮/後嚮差分和中心差分的精度與穩定性(如CFL條件)。此外,有限元方法(FEM)的理論框架和基本思想也將被介紹,作為處理復雜幾何區域問題的強大替代方案。 核心應用領域:數學與現實的交匯 本書的價值不僅在於數學的嚴謹性,更在於其對現實世界的映射能力。我們將精選幾個關鍵領域,展示微分方程如何成為理解和控製復雜係統的語言: 1. 物理學與工程學: 從經典的質量-彈簧係統、RLC電路的瞬態響應,到熱傳導在不規則介質中的分布,再到波動現象(如聲學和光波)的傳播模型。 2. 流體力學基礎: 介紹納維-斯托剋斯方程(Navier-Stokes Equations)的結構,雖然不深入復雜的湍流理論,但會探討其在低雷諾數下的簡化形式(如斯托剋斯流),以及如何用這些方程描述粘性流體的運動。 3. 生物與生態係統動力學: 利用種群增長模型(如Logistic模型)和捕食者-獵物模型(如Lotka-Volterra係統)來闡釋非綫性動力學中的周期性和混沌現象的數學根源。 4. 化學反應動力學: 探討反應速率方程如何轉化為常微分方程組,用於模擬復雜的連鎖反應和自催化過程。 學習目標 通過對本書的係統學習,讀者將能夠: 熟練識彆和分類給定的物理或工程問題所對應的微分方程類型。 掌握求解綫性常微分方程組和核心偏微分方程(熱傳導、波動、拉普拉斯)的解析技巧。 深入理解非綫性係統的相空間結構、穩定性判據和定性行為。 評估和選擇閤適的數值方法來近似求解無法解析處理的復雜模型。 將數學模型與實際應用中的限製條件(邊界條件和初始條件)進行有效結閤,從而預測和解釋係統行為。 本書適閤高年級本科生、研究生,以及需要深入理解和應用動力係統理論的工程師和科研人員。它提供瞭一種既注重數學深度又強調實際操作能力的學習路徑,為讀者在相關領域的研究和創新打下堅實的基礎。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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這本書給我最直接的感受是,它讓我重新認識瞭“應用”這兩個字在數學學習中的意義。過去,我可能更關注如何求解一個方程,但這本書卻讓我明白,更重要的是“為什麼”我們要求解這個方程,以及求解之後能給我們帶來什麼。作者在《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》中,非常重視將抽象的數學概念與具體的現實世界聯係起來。它不僅僅是羅列一些應用,而是深入地剖析瞭如何從實際問題中提煉齣數學模型,並詳細解釋瞭模型中各個部分的含義。我記得在學習到某些偏微分方程時,書中提供瞭非常詳盡的關於流體力學和電磁學現象的例子,這讓我能夠清晰地看到,那些看起來非常抽象的數學方程,實際上是描述和解釋我們周圍世界的強大工具。這種“理論與實踐相結閤”的學習路徑,讓我在掌握數學知識的同時,也極大地拓寬瞭我的知識麵,讓我能夠從一個更宏觀的視角來看待問題。而那些“曆史注記”部分,則像是隱藏在書頁中的寶藏,它們講述瞭數學傢們在探索過程中的點滴故事,這些故事充滿瞭智慧和啓迪,讓我對數學這門學科,以及那些為之付齣努力的先賢們,充滿瞭敬意。

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從讀者的角度來看,這本書最讓我稱道之處,在於它成功地在理論的嚴謹性和應用的生動性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。很多微分方程的書籍,要麼過於偏重理論,讓初學者望而生畏;要麼過於注重應用,卻缺乏數學的嚴謹性。《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》則不然,它在保持數學概念清晰、邏輯嚴密的同時,又通過大量精心設計的應用場景,讓讀者深刻體會到微分方程的強大實用性。我尤其喜歡它在引入每一個新的方程或方法時,都會先從一個實際問題齣發,揭示該方程或方法誕生的“動機”和“背景”。這種“問題驅動”的學習方式,能夠極大地激發讀者的學習興趣,並幫助他們建立起對數學知識的直觀認識。此外,書中穿插的“曆史注記”也給我留下瞭深刻的印象。它們不僅僅是一些零散的曆史知識點,而是將數學概念的發展置於一個更廣闊的曆史和文化背景下進行解讀,讓我看到瞭數學思想的演進軌跡,以及那些偉大的數學傢們在探索真理道路上的艱辛與輝煌。這不僅提升瞭我對數學的理解深度,也讓我對數學傢們的智慧和毅力充滿瞭敬意。

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在我看來,《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》這本書的價值,遠不止於其內容本身,更在於它所構建的一種學習數學的方式。它成功地將理論的深度、應用的廣度以及人文的曆史厚度融為一體,為讀者提供瞭一種前所未有的閱讀體驗。這本書讓我深刻體會到,學習微分方程不僅僅是為瞭掌握一套求解技巧,更重要的是理解它背後的思想和它所能解決的問題。在應用部分,作者非常注重從實際問題齣發,引導讀者如何識彆其中的數學關係,並將其轉化為微分方程的形式。這種建模能力,對於任何希望將數學應用於實際工作的人來說,都是至關重要的。例如,在解釋如何用微分方程描述種群動態時,作者不僅給齣瞭 Logistic 方程,還詳細分析瞭參數的意義以及模型在不同條件下的錶現。這種深度分析,讓我對數學模型有瞭更全麵的理解。而“曆史注記”部分,更是將冰冷的數學公式賦予瞭生命。瞭解這些公式是如何在曆史的長河中被提齣、被完善的,以及那些偉大的數學傢們是如何在探索中前進的,這本身就是一種激勵。它讓我看到瞭數學發展的麯摺與輝煌,也讓我對數學這門學科充滿瞭敬畏之情。這本書的確是一本值得反復閱讀和深入研究的寶藏。

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對於任何希望真正理解微分方程而非僅僅停留在解題技巧的學習者來說,《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》都是一本不可多得的寶藏。這本書最讓我印象深刻的是,它能夠將高度抽象的數學概念,用一種極其生動和直觀的方式呈現齣來。其“應用”部分,絕非簡單地堆砌案例,而是精心選取瞭那些能夠體現微分方程核心思想和強大力量的場景,並對其進行瞭深入的剖析。我特彆喜歡書中關於熱力學、振動理論和電路分析的章節,作者通過清晰的圖示和詳實的解釋,讓我能夠非常直觀地理解這些物理現象背後所蘊含的數學規律。更重要的是,它教會瞭我如何從實際問題齣發,構建數學模型,而這正是將數學知識轉化為實際生産力的關鍵。而“曆史注記”部分,更是為這本書增添瞭濃厚的人文色彩。瞭解牛頓、萊布尼茨、歐拉等數學大師是如何在解決實際問題的過程中,逐步建立起微分方程這門學科的,這不僅讓我對數學的發展曆程有瞭更深的理解,也讓我對數學的魅力有瞭更深的感悟。這本書不僅僅是傳授知識,更是在啓迪思想,培養解決問題的能力,讓我受益匪淺。

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我必須承認,當我第一次拿到《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》時,我對“曆史注記”這個詞有些存疑,總覺得可能是一些可有可無的邊角料。但事實證明,我的想法大錯特錯。這些曆史注記並非簡單的 trivia,而是對數學思想發展脈絡的深刻洞察,它們為理解抽象的微分方程概念提供瞭寶貴的背景和動機。作者巧妙地將這些曆史故事穿插在理論講解之中,使得學習過程不再是機械的公式記憶和推導,而更像是一場穿越時空的思想對話。我尤其喜歡它對拉格朗日、柯西等數學巨匠在建立和發展微分方程理論過程中所付齣的努力和遇到的挑戰的描述。這些故事讓我看到瞭數學的“人性化”一麵,也激勵我在遇到睏難時,能夠更有耐心和毅力去剋服。而且,這些曆史的視角也常常能啓發我們思考問題的新角度,比如,看到某個方程是如何在解決一個實際問題時被提齣來的,這會大大增強我們理解和掌握該方程的動力。除瞭曆史部分,本書在應用案例的選擇上也相當廣泛和深入,涵蓋瞭物理、工程、經濟等多個領域,並且提供瞭詳細的建模步驟和求解過程,讓我能夠清晰地看到微分方程在解決實際問題中的強大威力。這本書真正做到瞭寓教於樂,讓我在享受數學智慧的同時,也能感受到人類探索自然的偉大曆程。

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這本書給我帶來的驚喜,遠超齣瞭我對一本“微分方程”教材的預期。它並非一本僅僅堆砌公式和定理的枯燥讀物,而是一部真正意義上的“數學故事集”,將嚴謹的數學理論、廣泛的實際應用以及引人入勝的曆史人文巧妙地融閤在一起。《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》以其獨特的視角,將微分方程這一強大的數學工具,置於廣闊的應用場景中進行展現。我尤其欣賞書中對於實際問題建模過程的詳細闡述。作者並沒有直接給齣模型,而是引導讀者一步步分析問題,識彆關鍵變量,並最終構建齣相應的數學方程。這種“引導式”的學習方式,讓我在理解概念的同時,也培養瞭獨立解決問題的能力。例如,在討論生態係統模型時,作者從食物鏈的相互作用入手,層層遞進地引入瞭捕食者-獵物模型,並詳細分析瞭模型的穩定性和周期性行為。這種深入的講解,讓我對數學在生物學中的應用有瞭更直觀的認識。而書中穿插的“曆史注記”,更是為我的閱讀之旅增添瞭無窮的色彩。它們不僅僅是曆史事實的羅列,更是對數學思想演進過程的深刻洞察,讓我看到瞭數學的生命力,以及人類在探索未知過程中的智慧與勇氣。

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這本書給我的感覺,與其說它是一本教科書,不如說它是一本精雕細琢的數學探險指南。它帶領我踏上瞭一段深入微分方程世界的旅程,而旅程中的每一個站點,都充滿瞭驚喜和啓發。《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》在數學的嚴謹性和實際應用的連接上做得非常齣色。我一直覺得,抽象的數學公式如果脫離瞭實際應用,就容易變得空洞乏味。但這本書恰恰解決瞭這個問題。它通過大量的、精心挑選的應用案例,生動地展示瞭微分方程如何成為理解和改造我們所處世界的有力工具。從簡單的增長模型到復雜的動力學係統,從物理定律的描述到經濟現象的預測,幾乎你能想到的領域,這本書都有所涉及,並且給齣瞭清晰的數學解釋。我特彆欣賞它在講解每一個應用時,都會先簡要介紹該領域的背景知識,然後再引導讀者構建相應的微分方程模型,最後展示求解和解釋結果。這種循序漸進的方式,讓我能夠輕鬆地跟上作者的思路,即使是在麵對一些相對復雜的應用時,也不會感到無從下手。而書中的“曆史注記”更是錦上添花,它們像一個個閃爍的星辰,照亮瞭數學發展的軌跡,讓我們看到瞭偉大的數學思想是如何在解決現實問題的過程中,逐漸孕育和成熟的。

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這本書的第二版,與我之前接觸的許多同類書籍相比,確實有著一股清流般的獨特氣質。它在數學嚴謹性的基礎上,並沒有放棄對直觀理解和應用場景的重視,這一點令我印象深刻。我一直覺得,學習數學,尤其是像微分方程這樣強大的工具,最終目的還是要服務於解決實際問題。這本書在這方麵做得相當齣色。它不僅僅是列舉瞭一些應用案例,而是深入地剖析瞭這些案例背後的數學原理,並詳細闡述瞭如何從實際問題齣發,構建齣恰當的微分方程模型,再利用書中介紹的求解方法來找到答案。這種“建模-求解-解釋”的完整流程,讓我對微分方程的應用有瞭更深刻的認識。書中的“曆史注記”部分更是畫龍點睛之筆,它將每一個重要的概念或方法都置於其誕生的曆史背景下,介紹相關的數學傢們如何一步步探索和發展的,這不僅增加瞭閱讀的趣味性,更能幫助我們理解數學知識的演進過程,以及科學思想的傳承。我記得有一段關於傅裏葉級數起源的敘述,讓我對熱傳導的研究有瞭全新的認識,也對傅裏葉本人剋服重重睏難的研究精神深感敬佩。總而言之,這本書是一本集理論深度、應用廣度和人文色彩於一體的優秀教材,它能讓你不僅僅學會“怎麼做”,更能理解“為什麼這麼做”,並感受到數學的魅力。

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這本《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》真是讓我愛不釋手,尤其是在我深入研究瞭其中的應用部分之後。我一直對數學在現實世界中的體現感到好奇,而這本書恰恰滿足瞭我這一願望。它不僅僅是一本理論講解的教科書,更像是一部引人入勝的百科全書,將抽象的數學概念與具體的物理、工程、經濟甚至生物學現象巧妙地聯係起來。例如,在討論偏微分方程時,作者並沒有止步於枯燥的推導,而是花瞭大量篇幅介紹熱傳導、波動傳播以及流體動力學等領域的實際問題,並展示瞭如何利用這些方程來建模和解決。我尤其喜歡它對一些經典問題的曆史迴溯,比如牛頓研究引力時如何一步步走嚮微分方程的,這種人文氣息的注入,讓原本可能沉悶的數學學習過程變得生動有趣。書中的插圖和圖錶也十分精良,能夠直觀地展示數學模型的行為,這對於我這種視覺型學習者來說是極大的幫助。每次翻開這本書,都感覺像是在探索一個全新的知識領域,它不僅提升瞭我的數學能力,更拓寬瞭我的視野,讓我看到瞭數學的無窮魅力和實際價值。這本書的編排邏輯清晰,從基礎概念的引入,到復雜方程的求解,再到各種實際應用案例的展示,層層遞進,非常適閤希望將理論知識轉化為實際應用的學生和研究者。

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這本書的吸引力,在於它不僅僅是一本“教”我微分方程的書,更像是一本“帶”我探索微分方程的書。它以一種非常人性化的方式,將復雜的數學概念娓娓道來,並將其與豐富多彩的現實世界緊密相連。我一直認為,好的數學書籍應該能夠激發讀者的好奇心,並引導他們主動去思考。而《微分方程:應用與曆史注記(第二版)》恰恰做到瞭這一點。它的應用案例非常貼近生活和科學前沿,無論是物理學中的經典問題,還是生物學、經濟學中的新興挑戰,書中都有詳細的闡述。更難得的是,作者在講解這些應用時,並不是簡單地給齣結論,而是帶領讀者一步步地構建模型,分析方程,並最終理解結果的意義。這種“過程導嚮”的學習方式,讓我能夠真正掌握知識,而不是停留在錶麵的記憶。書中的“曆史注記”更是我非常喜歡的部分。它讓我瞭解到,許多我們今天習以為常的數學工具,都曾是前人智慧的結晶,是他們在麵對具體問題時,不懈探索的結果。這些曆史的片段,不僅增加瞭閱讀的趣味性,更賦予瞭數學深厚的文化底蘊,讓我更加珍惜這份來之不易的知識財富。

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