物理及工程中的分数维微积分

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页数:385
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出版时间:2013-1
价格:98.00元
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isbn号码:9787040322354
丛书系列:非线性物理科学
图书标签:
  • 微积分
  • 分数维
  • 分数维微积分
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  • 工程
  • 数学
  • 微分方程
  • 分数阶导数
  • 应用数学
  • 非整数阶
  • 连续介质力学
  • 复杂系统
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具体描述

物理及工程中的分数维微积分:第I卷数学基础及其理论(英文版),ISBN:9787040322354,作者:(俄罗斯)尤查金 著

《理论力学:从牛顿定律到相对论》 本书旨在系统性地阐述经典力学和现代力学的核心概念与原理,为读者构建一个坚实的物理学基础。我们将从最基础的牛顿运动定律入手,逐步深入到各种运动形式的分析,包括直线运动、曲线运动、圆周运动以及振动和波的传播。 第一部分:经典力学的基石 第一章:运动的描述 我们将定义位置、位移、速度和加速度等基本概念,并介绍描述物体运动的标量和矢量方法。 学习如何使用坐标系来表示运动,并理解瞬时速度和平均速度的区别。 将探讨匀变速直线运动的规律,包括匀加速直线运动和匀减速直线运动,并介绍相关的运动学公式。 第二章:牛顿运动定律 深入理解牛顿第一定律(惯性定律),探讨惯性的概念以及参照系的重要性。 详细解析牛顿第二定律(F=ma),学习如何运用它来分析物体在受力作用下的运动状态。 阐述牛顿第三定律(作用力与反作用力定律),理解力的相互性原理。 介绍摩擦力、弹力、重力等常见力的性质和计算方法,并学习如何绘制受力图。 第三章:功、能与动量 定义功和功率,理解力做功的条件以及做功的意义。 系统介绍动能和势能的概念,包括重力势能和弹性势能。 深入探讨机械能守恒定律,并学习如何运用它来解决复杂的力学问题。 定义动量和冲量,理解动量守恒定律的原理及其在碰撞等过程中的应用。 第四章:圆周运动与振动 分析匀速圆周运动的特点,包括角速度、线速度、向心加速度和向心力。 探讨非匀速圆周运动,理解切向加速度和径向加速度。 介绍简谐振动的概念,分析振动方程、周期、频率和振幅。 学习阻尼振动和受迫振动,并理解共振现象。 深入研究机械波的产生、传播和性质,包括波的叠加原理和干涉、衍射现象。 第二部分:从经典到现代的飞跃 第五章:万有引力与天体运动 详细阐述牛顿的万有引力定律,理解引力产生的机制。 分析行星运动的三大定律(开普勒定律),探讨引力如何支配天体运动。 介绍人造卫星的轨道和运动,并计算其速度和周期。 第六章:刚体的运动 定义刚体及其运动方式(平动和转动)。 介绍力矩、角动量和转动惯量等概念。 阐述刚体的转动定律,并学习如何分析刚体的转动。 探讨刚体的动能和机械能。 第七章:狭义相对论 介绍狭义相对论的基本假设(光速不变原理和相对性原理)。 探讨洛伦兹变换,理解时间膨胀和长度收缩等相对论效应。 推导质能方程 E=mc²,理解质量和能量的等价关系。 分析相对论性动量和能量。 第八章:初步的广义相对论概念 介绍等效原理,理解引力与加速参照系之间的联系。 初步探讨时空弯曲的概念,了解引力如何影响时空的几何结构。 简述广义相对论在理解黑洞、引力波等现象中的作用。 本书的语言力求清晰易懂,通过大量的例题和习题,帮助读者巩固所学知识,培养解决物理问题的能力。无论你是物理学专业的学生,还是对力学充满好奇的爱好者,本书都将为你提供一次全面而深入的探索之旅。

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读后感

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用户评价

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这是一本能够激发读者深度思考的书籍。作者在《物理及工程中的分数维微积分》中,不仅提供了丰富的数学理论知识,更重要的是,他引导读者去探索这些理论背后的物理意义和工程应用价值。书中对分数维微积分算子在边界条件处理上的特殊性进行了深入的分析,这对于理解分数维偏微分方程的解的存在性和唯一性至关重要。我特别感兴趣的是书中关于分数维的随机过程及其在金融建模中的应用。例如,如何利用分数维的布朗运动来描述股票价格的非马尔可夫性特征,这为风险评估和投资策略的制定提供了新的视角。作者在书中也探讨了分数维微积分与特殊函数之间的联系,比如 Mittag-Leffler 函数在求解分数阶微分方程中的重要性,这为深入研究理论问题提供了必要的数学工具。总而言之,这本书不仅仅是关于分数维微积分的知识集合,更是一种鼓励读者跨学科思考,并寻求创新解决方案的学习体验。

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坦白说,在接触《物理及工程中的分数维微积分》之前,我对“分数维”这个概念感到相当陌生。然而,这本书以一种极其引人入胜的方式,将这一抽象的数学工具呈现在我面前。作者并没有一上来就抛出复杂的数学定义,而是从一些直观的例子入手,比如探讨自然界中许多不规则的几何形状,如海岸线、雪花、云朵等,是如何被描述为“分数维”的。这种几何上的分数维概念,为理解数学上的分数维微积分打下了良好的基础。接着,书中详细介绍了分数阶微分算子在描述具有非局域性和记忆效应的物理过程中的优势。我印象特别深刻的是关于分数阶传播方程的讨论,它能够比传统的整数阶偏微分方程更准确地描述长程关联和慢扩散现象,这在很多工程领域,如土壤水文、污染物扩散等都有着重要的应用。作者在书中还探讨了分数维微积分在图像处理中的应用,例如利用分数阶导数进行边缘检测和纹理分析,这为我解决一些视觉感知问题提供了新的方法。书中给出的例题和习题,难度适中,并且都紧密结合了物理和工程背景,能够帮助读者巩固所学知识,并进一步探索相关领域。

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这是一本令人着迷的书,它的标题——“物理及工程中的分数维微积分”——本身就带着一种神秘而又引人入胜的色彩。翻开它,我仿佛进入了一个全新的数学世界,一个超越了我们传统整数维度认识的奇妙领域。书中对分数维微积分的介绍,不仅仅是枯燥的公式推导,而是巧妙地将这一抽象的概念与现实世界的物理现象紧密联系起来。例如,作者对分数维导数在描述扩散过程中的应用进行了深入的探讨,那些看似杂乱无章的粒子运动,在分数维的框架下,竟然展现出一种令人惊叹的规律性。书中对粘弹性材料的建模,更是让我大开眼界。我们日常生活中接触到的橡皮筋、凝胶等材料,其复杂的力学行为,用传统整数阶微积分难以准确描述,但分数维微积分却能以一种更加自然和直观的方式捕捉其记忆效应和非局域性。作者通过大量的实例和图示,将这些复杂的概念变得易于理解,即使是对分数维微积分初次接触的读者,也能在字里行间找到清晰的脉络。这本书不仅仅是学术研究的工具,更是一种思维方式的启迪,它让我重新审视了我们所处的这个充满复杂性和非线性的世界,并为理解这些现象提供了全新的视角。我尤其欣赏书中对分数维积分算子性质的细致分析,以及它们在不同积分核下的表现差异,这为我日后的研究提供了坚实的基础。

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这本书的价值在于其对概念的清晰阐释和对应用的广泛覆盖。《物理及工程中的分数维微积分》为我揭示了分数维微积分在多个工程学科中的潜力。作者在书中对分数阶动力系统在结构健康监测中的应用进行了深入的分析,他如何利用分数阶模型的灵敏度来识别材料损伤和结构退化,这为提高工程结构的可靠性和安全性提供了新的方法。我尤其欣赏书中对分数阶积分在信号处理中的应用,作者如何设计分数阶滤波器来优化信号的去噪和特征提取,这在通信工程和医学信号分析等领域都有着重要的应用价值。书中关于分数维扩散过程在药物释放和生物力学中的应用,也给我留下了深刻的印象。作者通过对实际案例的模拟和分析,展示了分数维微积分在描述这些复杂生物过程中的优势。这本书的语言风格清晰明了,即使是初学者也能从中受益匪浅,同时又不失其学术深度,能够满足有经验的研究者的需求。

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这本书无疑为我打开了一扇通往前沿科学的大门。作者在《物理及工程中的分数维微积分》中所展现出的深刻理解和广阔视野,着实令人钦佩。书中对于分数维微积分在连续介质力学中的应用,特别是对分数阶黏弹性本构关系的阐述,为我理解和模拟材料的非线性行为提供了全新的思路。我一直对那些具有“记忆效应”的材料很感兴趣,比如记忆海绵和一些高分子材料,它们的形变不仅取决于当前的应力,还与过去的应力历史有关。而分数维微积分,恰恰能够以一种优雅而简洁的方式捕捉这种“历史依赖性”,从而建立起更精确的数学模型。书中关于分数阶衍数在描述电磁场传播中的非局域性特征,以及分数阶积分在模拟混沌系统中的应用,都给我留下了深刻的印象。作者并非简单地罗列公式,而是通过对物理现象的深入分析,引导读者理解分数维算子在不同场景下所扮演的角色。我尤其欣赏书中对实际案例的深入剖析,例如在生物医学工程中,如何利用分数维模型来描述细胞生长、药物扩散以及组织工程中的力学响应,这些应用场景的生动展示,极大地增强了我学习的动力和兴趣。

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《物理及工程中的分数维微积分》是一本值得反复阅读的经典之作。作者以其对该领域的深刻洞察,将分数维微积分的理论精髓和应用实践相结合,为读者构建了一个完整的知识体系。书中关于分数阶微分方程的性质,例如它们的解的平滑性和奇点行为,都进行了详尽的分析。我特别关注了书中关于分数维高斯过程及其在机器学习中的应用。作者如何利用分数维核函数来提高模型的泛化能力和对复杂数据的拟合效果,这对于人工智能领域的研究者来说,无疑是一份宝贵的参考。书中还探讨了分数维微积分在量子力学中的一些前沿应用,例如分数维哈密顿力学和分数维薛定谔方程,这些内容虽然具有一定的挑战性,但却展示了分数维微积分在基础物理学研究中的巨大潜力。这本书不仅仅提供了技术知识,更重要的是,它培养了读者解决复杂问题的能力和创新思维。

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这是一本真正意义上的“思想解放”之作。作者在《物理及工程中的分数维微积分》中,以其深厚的学术造诣和精湛的写作技巧,将分数维微积分这一相对冷门的数学分支,以一种深刻且极具启发性的方式呈现给读者。书中对于分数维拉普拉斯算子的研究,以及它在偏微分方程中的应用,是我最为关注的部分。例如,作者如何利用分数维算子来描述具有分数维的区域上的势理论问题,或者如何分析分数维的波动方程,这些都为理解更广泛的物理现象提供了新的工具。我尤其欣赏书中对分数阶动力系统的稳定性分析,以及在混沌动力学中的应用。这些内容不仅拓宽了我的学术视野,也让我对非线性科学有了更深层次的理解。书中对分数阶微积分算子与傅里叶变换、拉普拉斯变换等经典数学工具的结合,以及它们在数值计算方法上的发展,都进行了详尽的介绍,这对于希望将理论应用于实际的读者来说,具有极高的参考价值。这本书不只是知识的传递,更是思维的启迪,它让我看到了数学的无限可能性,以及它在解决复杂科学问题中的核心作用。

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在我阅读《物理及工程中的分数维微积分》的过程中,我深刻地体会到数学工具的演进是如何推动科学进步的。作者以清晰的逻辑和详实的论据,展示了分数维微积分在诸多物理和工程领域中的关键作用。我特别着迷于书中关于分数阶振动理论的章节,它能够更准确地描述具有非欧几里得几何结构或复杂阻尼特性的振动系统,例如在航空航天工程中,某些材料的振动行为就难以用传统的整数阶微分方程来精确描述。作者通过引入分数阶的阻尼项,能够更好地捕捉材料的迟滞和耗散特性。此外,书中对分数维微积分在电化学过程中的应用,例如锂离子电池的充放电模型,也给我留下了深刻的印象。分数维的引入,能够更有效地描述电极材料的复杂表面结构和离子传输动力学,从而提高电池性能的预测精度。书中对这些应用场景的介绍,并非停留在理论层面,而是结合了实际数据和实验结果,使得理论的有效性得到了充分的验证。这种理论与实践的紧密结合,是我对这本书高度评价的重要原因。

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本书为我提供了一个全新的视角来理解“连续”和“变化”。《物理及工程中的分数维微积分》以其严谨的学术态度和生动的阐述,将分数维微积分这一复杂数学工具的应用领域描绘得淋漓尽致。作者在书中对分数阶积分算子在时间序列分析中的应用进行了细致的介绍,他如何利用分数阶算子来捕捉数据中的长程依赖性和非平稳性,这对于经济学、环境科学等领域的数据分析具有重要的意义。我尤其欣赏书中关于分数维集的几何测度理论的介绍,它为理解分形几何的数学基础提供了坚实的支撑,并进一步阐释了分数维微积分与分形现象之间的深刻联系。书中对于分数阶导数算子在牛顿力学中的推广,以及如何描述非牛顿流体的行为,也让我对流体力学有了更深的认识。作者在书中穿插的思考题和讨论,更是引导读者主动去探索和发现,而不是被动地接受知识。

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当我拿起这本《物理及工程中的分数维微积分》时,我并没有预设它会带领我走向多么深奥的领域,但我很快就被书中严谨而又富有洞察力的论述所吸引。作者在开篇就巧妙地引入了分数维微积分的历史渊源,从莱布尼茨的“一个数学上的奇迹”到如今蓬勃发展的理论体系,其演变过程本身就充满了引人入胜的故事。书中对不同分数阶微积分定义(如Riemann-Liouville、Caputo、Grünwald-Letnikov等)的详细阐述,并分析了它们各自的优缺点以及适用范围,为读者提供了一个清晰的比较框架。这对于选择合适的数学工具来解决特定工程问题至关重要。我特别关注了书中关于分数维微积分在信号处理和控制理论中的应用章节,作者用清晰的语言解释了如何利用分数阶滤波器的非整数阶来模拟更复杂的系统动态,以及如何设计分数阶控制器来实现更优的控制性能。这些内容让我对传统控制理论的局限性有了更深的认识,并看到了分数维控制在提高系统鲁棒性和动态响应方面的巨大潜力。书中穿插的定理和引理的证明,虽然需要一定的数学功底,但都经过精心组织,层层递进,逻辑严谨,让读者在理解理论的同时,也能掌握证明的方法。

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