Differential Equations With Applicationa & Historical Notes 2/e

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具体描述

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,这是一份为一本名为《微分方程:应用与历史注释(第二版)》的图书所撰写的、内容详尽且不包含该书特定内容的图书简介。 --- 图书简介:探寻数学的边界——现代科学与工程中的动力系统 本书聚焦于动力系统的数学基础、解析工具以及在现代科学与工程领域中广泛而深刻的应用。 我们生活在一个不断变化的世界中,从天体的运行轨迹到材料的内部结构,从生物群落的动态演变到金融市场的波动起伏,所有这些现象都以数学语言表达为动态过程。理解这些过程的本质,需要一套强大的数学工具——那就是微分方程。 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角,探索微分方程的理论框架,侧重于那些能够直接描述现实世界复杂系统的分析方法、数值技术以及背后的深刻数学原理。我们不满足于仅仅罗列公式和解法,更致力于揭示这些方程如何作为连接抽象数学与具体物理现象的桥梁。 理论基石:严谨的数学构建 本书的首要目标是夯实读者在微分方程理论上的基础。我们将从最基本的概念——常微分方程(ODEs)和偏微分方程(PDEs)的分类与基本性质入手。 在常微分方程部分,我们将详细阐述线性与非线性方程的解析解法。对于线性系统,特征值问题和基解的构建是核心内容,这直接决定了系统的稳定性和长期行为。我们将探讨常系数线性方程组的矩阵指数方法,这不仅在理论上优雅,更在控制理论中有着不可替代的地位。对于非线性系统,相平面分析是理解其拓扑结构的关键工具。我们将深入探讨平衡点的分类,极限环的存在性与稳定性(如庞加莱-柳普诺夫稳定性理论),以及分岔理论的初步介绍,使读者能够识别系统在参数变化时可能发生的定性转变。 偏微分方程部分,我们将重点关注那些描述守恒定律和波动现象的核心方程,如热传导方程(扩散过程)、波动方程(振动与传播)和拉普拉斯/泊松方程(稳态场)。我们将系统地介绍分离变量法,它在处理特定边界条件下的初边值问题时展现出无与伦比的威力。此外,傅里叶级数与积分变换作为处理这些问题的关键工具,将被详尽阐述,揭示它们如何将复杂的微分问题转化为代数问题。 分析工具:超越初等积分 现代微分方程的求解往往需要更高级的分析技术。本书将引入诸如Green函数法,它提供了一种系统化的方法来处理非齐次边界条件下的线性微分方程,并在量子力学和电磁场理论中发挥关键作用。我们还将探讨变分原理,它提供了一种能量最小化的视角来构造和求解某些类型的PDEs,特别是与弹性力学和流体力学相关的方程。 对于那些解析解难以获得的非线性问题,我们将转向渐近分析。摄动理论(如小参数展开)和匹配渐近展开法是理解复杂系统长期行为和局部结构的关键,这些方法是理解湍流、边界层现象和复杂振动模式的基础。 计算方法:模拟与仿真 解析解固然重要,但绝大多数实际问题需要依赖数值方法。本书将用大量篇幅来介绍数值微分方程(NDEs)。 在常微分方程方面,我们将从最基础的欧拉法开始,逐步过渡到更稳定、更精确的龙格-库塔(Runge-Kutta)方法族,并探讨隐式方法在处理刚性(Stiff)系统中的必要性。对于PDEs,有限差分法(FDM)是核心内容,我们将详细分析其在不同维度和不同类型方程上的应用,包括前向/后向差分和中心差分的精度与稳定性(如CFL条件)。此外,有限元方法(FEM)的理论框架和基本思想也将被介绍,作为处理复杂几何区域问题的强大替代方案。 核心应用领域:数学与现实的交汇 本书的价值不仅在于数学的严谨性,更在于其对现实世界的映射能力。我们将精选几个关键领域,展示微分方程如何成为理解和控制复杂系统的语言: 1. 物理学与工程学: 从经典的质量-弹簧系统、RLC电路的瞬态响应,到热传导在不规则介质中的分布,再到波动现象(如声学和光波)的传播模型。 2. 流体力学基础: 介绍纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)的结构,虽然不深入复杂的湍流理论,但会探讨其在低雷诺数下的简化形式(如斯托克斯流),以及如何用这些方程描述粘性流体的运动。 3. 生物与生态系统动力学: 利用种群增长模型(如Logistic模型)和捕食者-猎物模型(如Lotka-Volterra系统)来阐释非线性动力学中的周期性和混沌现象的数学根源。 4. 化学反应动力学: 探讨反应速率方程如何转化为常微分方程组,用于模拟复杂的连锁反应和自催化过程。 学习目标 通过对本书的系统学习,读者将能够: 熟练识别和分类给定的物理或工程问题所对应的微分方程类型。 掌握求解线性常微分方程组和核心偏微分方程(热传导、波动、拉普拉斯)的解析技巧。 深入理解非线性系统的相空间结构、稳定性判据和定性行为。 评估和选择合适的数值方法来近似求解无法解析处理的复杂模型。 将数学模型与实际应用中的限制条件(边界条件和初始条件)进行有效结合,从而预测和解释系统行为。 本书适合高年级本科生、研究生,以及需要深入理解和应用动力系统理论的工程师和科研人员。它提供了一种既注重数学深度又强调实际操作能力的学习路径,为读者在相关领域的研究和创新打下坚实的基础。

著者信息

图书目录

图书序言

图书试读

用户评价

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从读者的角度来看,这本书最让我称道之处,在于它成功地在理论的严谨性和应用的生动性之间找到了一个绝佳的平衡点。很多微分方程的书籍,要么过于偏重理论,让初学者望而生畏;要么过于注重应用,却缺乏数学的严谨性。《微分方程:应用与历史注记(第二版)》则不然,它在保持数学概念清晰、逻辑严密的同时,又通过大量精心设计的应用场景,让读者深刻体会到微分方程的强大实用性。我尤其喜欢它在引入每一个新的方程或方法时,都会先从一个实际问题出发,揭示该方程或方法诞生的“动机”和“背景”。这种“问题驱动”的学习方式,能够极大地激发读者的学习兴趣,并帮助他们建立起对数学知识的直观认识。此外,书中穿插的“历史注记”也给我留下了深刻的印象。它们不仅仅是一些零散的历史知识点,而是将数学概念的发展置于一个更广阔的历史和文化背景下进行解读,让我看到了数学思想的演进轨迹,以及那些伟大的数学家们在探索真理道路上的艰辛与辉煌。这不仅提升了我对数学的理解深度,也让我对数学家们的智慧和毅力充满了敬意。

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这本书给我最直接的感受是,它让我重新认识了“应用”这两个字在数学学习中的意义。过去,我可能更关注如何求解一个方程,但这本书却让我明白,更重要的是“为什么”我们要求解这个方程,以及求解之后能给我们带来什么。作者在《微分方程:应用与历史注记(第二版)》中,非常重视将抽象的数学概念与具体的现实世界联系起来。它不仅仅是罗列一些应用,而是深入地剖析了如何从实际问题中提炼出数学模型,并详细解释了模型中各个部分的含义。我记得在学习到某些偏微分方程时,书中提供了非常详尽的关于流体力学和电磁学现象的例子,这让我能够清晰地看到,那些看起来非常抽象的数学方程,实际上是描述和解释我们周围世界的强大工具。这种“理论与实践相结合”的学习路径,让我在掌握数学知识的同时,也极大地拓宽了我的知识面,让我能够从一个更宏观的视角来看待问题。而那些“历史注记”部分,则像是隐藏在书页中的宝藏,它们讲述了数学家们在探索过程中的点滴故事,这些故事充满了智慧和启迪,让我对数学这门学科,以及那些为之付出努力的先贤们,充满了敬意。

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对于任何希望真正理解微分方程而非仅仅停留在解题技巧的学习者来说,《微分方程:应用与历史注记(第二版)》都是一本不可多得的宝藏。这本书最让我印象深刻的是,它能够将高度抽象的数学概念,用一种极其生动和直观的方式呈现出来。其“应用”部分,绝非简单地堆砌案例,而是精心选取了那些能够体现微分方程核心思想和强大力量的场景,并对其进行了深入的剖析。我特别喜欢书中关于热力学、振动理论和电路分析的章节,作者通过清晰的图示和详实的解释,让我能够非常直观地理解这些物理现象背后所蕴含的数学规律。更重要的是,它教会了我如何从实际问题出发,构建数学模型,而这正是将数学知识转化为实际生产力的关键。而“历史注记”部分,更是为这本书增添了浓厚的人文色彩。了解牛顿、莱布尼茨、欧拉等数学大师是如何在解决实际问题的过程中,逐步建立起微分方程这门学科的,这不仅让我对数学的发展历程有了更深的理解,也让我对数学的魅力有了更深的感悟。这本书不仅仅是传授知识,更是在启迪思想,培养解决问题的能力,让我受益匪浅。

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这本书给我带来的惊喜,远超出了我对一本“微分方程”教材的预期。它并非一本仅仅堆砌公式和定理的枯燥读物,而是一部真正意义上的“数学故事集”,将严谨的数学理论、广泛的实际应用以及引人入胜的历史人文巧妙地融合在一起。《微分方程:应用与历史注记(第二版)》以其独特的视角,将微分方程这一强大的数学工具,置于广阔的应用场景中进行展现。我尤其欣赏书中对于实际问题建模过程的详细阐述。作者并没有直接给出模型,而是引导读者一步步分析问题,识别关键变量,并最终构建出相应的数学方程。这种“引导式”的学习方式,让我在理解概念的同时,也培养了独立解决问题的能力。例如,在讨论生态系统模型时,作者从食物链的相互作用入手,层层递进地引入了捕食者-猎物模型,并详细分析了模型的稳定性和周期性行为。这种深入的讲解,让我对数学在生物学中的应用有了更直观的认识。而书中穿插的“历史注记”,更是为我的阅读之旅增添了无穷的色彩。它们不仅仅是历史事实的罗列,更是对数学思想演进过程的深刻洞察,让我看到了数学的生命力,以及人类在探索未知过程中的智慧与勇气。

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在我看来,《微分方程:应用与历史注记(第二版)》这本书的价值,远不止于其内容本身,更在于它所构建的一种学习数学的方式。它成功地将理论的深度、应用的广度以及人文的历史厚度融为一体,为读者提供了一种前所未有的阅读体验。这本书让我深刻体会到,学习微分方程不仅仅是为了掌握一套求解技巧,更重要的是理解它背后的思想和它所能解决的问题。在应用部分,作者非常注重从实际问题出发,引导读者如何识别其中的数学关系,并将其转化为微分方程的形式。这种建模能力,对于任何希望将数学应用于实际工作的人来说,都是至关重要的。例如,在解释如何用微分方程描述种群动态时,作者不仅给出了 Logistic 方程,还详细分析了参数的意义以及模型在不同条件下的表现。这种深度分析,让我对数学模型有了更全面的理解。而“历史注记”部分,更是将冰冷的数学公式赋予了生命。了解这些公式是如何在历史的长河中被提出、被完善的,以及那些伟大的数学家们是如何在探索中前进的,这本身就是一种激励。它让我看到了数学发展的曲折与辉煌,也让我对数学这门学科充满了敬畏之情。这本书的确是一本值得反复阅读和深入研究的宝藏。

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这本《微分方程:应用与历史注记(第二版)》真是让我爱不释手,尤其是在我深入研究了其中的应用部分之后。我一直对数学在现实世界中的体现感到好奇,而这本书恰恰满足了我这一愿望。它不仅仅是一本理论讲解的教科书,更像是一部引人入胜的百科全书,将抽象的数学概念与具体的物理、工程、经济甚至生物学现象巧妙地联系起来。例如,在讨论偏微分方程时,作者并没有止步于枯燥的推导,而是花了大量篇幅介绍热传导、波动传播以及流体动力学等领域的实际问题,并展示了如何利用这些方程来建模和解决。我尤其喜欢它对一些经典问题的历史回溯,比如牛顿研究引力时如何一步步走向微分方程的,这种人文气息的注入,让原本可能沉闷的数学学习过程变得生动有趣。书中的插图和图表也十分精良,能够直观地展示数学模型的行为,这对于我这种视觉型学习者来说是极大的帮助。每次翻开这本书,都感觉像是在探索一个全新的知识领域,它不仅提升了我的数学能力,更拓宽了我的视野,让我看到了数学的无穷魅力和实际价值。这本书的编排逻辑清晰,从基础概念的引入,到复杂方程的求解,再到各种实际应用案例的展示,层层递进,非常适合希望将理论知识转化为实际应用的学生和研究者。

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这本书的吸引力,在于它不仅仅是一本“教”我微分方程的书,更像是一本“带”我探索微分方程的书。它以一种非常人性化的方式,将复杂的数学概念娓娓道来,并将其与丰富多彩的现实世界紧密相连。我一直认为,好的数学书籍应该能够激发读者的好奇心,并引导他们主动去思考。而《微分方程:应用与历史注记(第二版)》恰恰做到了这一点。它的应用案例非常贴近生活和科学前沿,无论是物理学中的经典问题,还是生物学、经济学中的新兴挑战,书中都有详细的阐述。更难得的是,作者在讲解这些应用时,并不是简单地给出结论,而是带领读者一步步地构建模型,分析方程,并最终理解结果的意义。这种“过程导向”的学习方式,让我能够真正掌握知识,而不是停留在表面的记忆。书中的“历史注记”更是我非常喜欢的部分。它让我了解到,许多我们今天习以为常的数学工具,都曾是前人智慧的结晶,是他们在面对具体问题时,不懈探索的结果。这些历史的片段,不仅增加了阅读的趣味性,更赋予了数学深厚的文化底蕴,让我更加珍惜这份来之不易的知识财富。

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这本书给我的感觉,与其说它是一本教科书,不如说它是一本精雕细琢的数学探险指南。它带领我踏上了一段深入微分方程世界的旅程,而旅程中的每一个站点,都充满了惊喜和启发。《微分方程:应用与历史注记(第二版)》在数学的严谨性和实际应用的连接上做得非常出色。我一直觉得,抽象的数学公式如果脱离了实际应用,就容易变得空洞乏味。但这本书恰恰解决了这个问题。它通过大量的、精心挑选的应用案例,生动地展示了微分方程如何成为理解和改造我们所处世界的有力工具。从简单的增长模型到复杂的动力学系统,从物理定律的描述到经济现象的预测,几乎你能想到的领域,这本书都有所涉及,并且给出了清晰的数学解释。我特别欣赏它在讲解每一个应用时,都会先简要介绍该领域的背景知识,然后再引导读者构建相应的微分方程模型,最后展示求解和解释结果。这种循序渐进的方式,让我能够轻松地跟上作者的思路,即使是在面对一些相对复杂的应用时,也不会感到无从下手。而书中的“历史注记”更是锦上添花,它们像一个个闪烁的星辰,照亮了数学发展的轨迹,让我们看到了伟大的数学思想是如何在解决现实问题的过程中,逐渐孕育和成熟的。

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这本书的第二版,与我之前接触的许多同类书籍相比,确实有着一股清流般的独特气质。它在数学严谨性的基础上,并没有放弃对直观理解和应用场景的重视,这一点令我印象深刻。我一直觉得,学习数学,尤其是像微分方程这样强大的工具,最终目的还是要服务于解决实际问题。这本书在这方面做得相当出色。它不仅仅是列举了一些应用案例,而是深入地剖析了这些案例背后的数学原理,并详细阐述了如何从实际问题出发,构建出恰当的微分方程模型,再利用书中介绍的求解方法来找到答案。这种“建模-求解-解释”的完整流程,让我对微分方程的应用有了更深刻的认识。书中的“历史注记”部分更是画龙点睛之笔,它将每一个重要的概念或方法都置于其诞生的历史背景下,介绍相关的数学家们如何一步步探索和发展的,这不仅增加了阅读的趣味性,更能帮助我们理解数学知识的演进过程,以及科学思想的传承。我记得有一段关于傅里叶级数起源的叙述,让我对热传导的研究有了全新的认识,也对傅里叶本人克服重重困难的研究精神深感敬佩。总而言之,这本书是一本集理论深度、应用广度和人文色彩于一体的优秀教材,它能让你不仅仅学会“怎么做”,更能理解“为什么这么做”,并感受到数学的魅力。

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我必须承认,当我第一次拿到《微分方程:应用与历史注记(第二版)》时,我对“历史注记”这个词有些存疑,总觉得可能是一些可有可无的边角料。但事实证明,我的想法大错特错。这些历史注记并非简单的 trivia,而是对数学思想发展脉络的深刻洞察,它们为理解抽象的微分方程概念提供了宝贵的背景和动机。作者巧妙地将这些历史故事穿插在理论讲解之中,使得学习过程不再是机械的公式记忆和推导,而更像是一场穿越时空的思想对话。我尤其喜欢它对拉格朗日、柯西等数学巨匠在建立和发展微分方程理论过程中所付出的努力和遇到的挑战的描述。这些故事让我看到了数学的“人性化”一面,也激励我在遇到困难时,能够更有耐心和毅力去克服。而且,这些历史的视角也常常能启发我们思考问题的新角度,比如,看到某个方程是如何在解决一个实际问题时被提出来的,这会大大增强我们理解和掌握该方程的动力。除了历史部分,本书在应用案例的选择上也相当广泛和深入,涵盖了物理、工程、经济等多个领域,并且提供了详细的建模步骤和求解过程,让我能够清晰地看到微分方程在解决实际问题中的强大威力。这本书真正做到了寓教于乐,让我在享受数学智慧的同时,也能感受到人类探索自然的伟大历程。

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