Applied Partial Differential Equations

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出版者:Prentice Hall
作者:Richard Haberman
出品人:
页数:769
译者:
出版时间:2003-04-05
价格:USD 126.67
装帧:Hardcover
isbn号码:9780130652430
丛书系列:
图书标签:
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  • 连续介质力学
  • 波动方程
  • 热传导方程
  • 分离变量法
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具体描述

Appropriate for an elementary or advanced undergraduate first course of varying lengths. Also appropriate for beginning graduate students. Its in-depth elementary presentation is intended primarily for students in science, engineering, and applied mathematics. Emphasizing the physical interpretation of mathematical solutions, this book introduces applied mathematics while presenting partial differential equations.

《应用偏微分方程》 一本面向科学与工程领域从业者的实用指南 《应用偏微分方程》是一本精心打造的著作,旨在为科学、工程及相关领域的学生和专业人士提供一套坚实而实用的偏微分方程(PDE)理论和应用基础。本书的核心目标是填补纯数学理论与现实世界问题之间的鸿沟,通过清晰的讲解和丰富的实例,帮助读者掌握如何运用PDE来建模、分析和解决各种复杂现象。 核心内容与结构: 本书的编写遵循循序渐进的原则,从基础概念出发,逐步深入到更高级的主题。开篇部分,读者将接触到PDE的基本定义、分类以及它们在不同学科中的普遍性,例如热传导、波动传播、流体动力学以及电磁学等。作者将精心挑选的经典PDE,如热方程、波动方程和拉普拉斯方程,作为讲解的切入点,力求使读者在早期就能建立起直观的理解。 本书的一个突出特点是其对求解方法的系统性介绍。我们将重点探讨以下几种关键的求解技术: 分离变量法 (Separation of Variables): 这是解决许多典型边界值问题(BVP)和初边值问题(IBVP)的基石。我们将详细阐述其原理,并通过解决矩形、圆形等区域上的热传导和波动问题来展示其强大之处。傅里叶级数和傅里叶变换将在这一章节中扮演关键角色。 格林函数法 (Green's Function Method): 对于非齐次问题和复杂区域,格林函数提供了一种更为普适的求解框架。本书将深入介绍如何构建和利用格林函数来求解泊松方程、亥姆霍兹方程等,并讨论其在物理学中的具体应用,如点源引起的势场。 傅里叶变换与拉普拉斯变换 (Fourier Transforms and Laplace Transforms): 这两种积分变换在处理无限区域问题和初始值问题方面具有无可替代的优势。我们将详细讲解它们在求解热方程、波动方程等PDE中的应用,并展示如何通过变换将PDE转化为代数方程或常微分方程(ODE),从而简化求解过程。 数值方法 (Numerical Methods): 鉴于许多实际问题难以获得解析解,本书还将投入相当篇幅介绍主要的数值求解技术。重点包括: 有限差分法 (Finite Difference Method): 涵盖如何用差分近似导数,以及如何构建和分析有限差分格式,如显式、隐式和Crank-Nicolson方法,并讨论其稳定性和收敛性。 有限元法 (Finite Element Method): 介绍变分原理和弱形式的概念,以及如何构建和组装有限元方程组。我们将通过典型的二维问题来阐述其流程和优势,特别是在处理复杂几何形状和边界条件时。 跨学科应用与案例研究: 本书的价值不仅在于其对PDE理论和方法的详细讲解,更在于其对这些工具在众多科学和工程领域应用的深度挖掘。读者将通过具体的案例研究,理解PDE如何成为理解和预测以下现象的关键: 传热学 (Heat Transfer): 从稳态温度分布到瞬态热传导,PDE是描述物质内部能量流动的基础。本书将涉及一维、二维和三维的热传导方程,以及不同边界条件下的解。 波动现象 (Wave Phenomena): 无论是声波、光波还是机械波,波动方程都是描述其传播的基本工具。我们将探讨弦的振动、声波的传播以及更复杂的波动问题。 流体力学 (Fluid Dynamics): 虽然完全描述流体行为的Navier-Stokes方程极为复杂,但许多简化模型,如伯努利方程的PDE形式,在分析流体流动模式时至关重要。 电磁学 (Electromagnetics): 麦克斯韦方程组是描述电磁场的基石,而其在特定情况下的简化形式(如波动方程)则在天线理论、波导设计等领域有着广泛应用。 其他领域: 书中还将触及PDE在弹性力学、化学反应扩散、金融建模(例如Black-Scholes方程)等领域中的应用,展现PDE的普适性和强大生命力。 本书的特色: 理论与实践并重: 既深入浅出地讲解PDE的数学原理,又通过大量的计算示例和编程提示,引导读者将理论应用于实际问题。 清晰的逻辑结构: 各章节之间环环相扣,确保读者能够逐步建立完整的知识体系。 丰富的例题与习题: 每章都配有精心设计的例题,帮助读者巩固所学;大量的练习题,包括计算题和概念题,鼓励读者主动思考和解决问题。 面向读者: 语言力求清晰易懂,避免不必要的数学术语堆砌,适合本科高年级及以上水平的学生和相关领域的从业人员。 《应用偏微分方程》将成为您理解和掌握这一强大数学工具的得力助手,帮助您自信地应对科学与工程领域中的挑战。

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读后感

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用户评价

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这本书在教学方法上堪称典范,它成功的关键在于能够将抽象的数学概念与具体的可视化场景巧妙地结合起来。我一直觉得,数学学习中最令人沮丧的一点就是,很多时候我们只能看到冰冷的符号和公式,而无法真正“看到”它们所代表的物理过程。然而,《Applied Partial Differential Equations》却打破了这一障碍。书中对于各种PDEs的讲解,都配有大量的示意图和图形,这些图表不仅清晰地展示了方程的解是如何随时间和空间变化的,更帮助我们直观地理解了边界条件和初始条件对解的影响。例如,在讲解行波方程时,作者通过绘制不同时刻的波形图,让我们能够清晰地看到波的传播过程。在介绍扩散过程时,通过不同时间点的浓度分布图,我们可以直观地感受到物质的扩散趋势。这种可视化教学方式,极大地降低了理解门槛,让我在学习过程中能够更深入地体会到数学的逻辑性和美感。此外,书中对于每种方法的推导过程都力求清晰和完整,不会遗漏关键的步骤,这对于培养读者的逻辑思维能力至关重要。

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这本书在叙事方式和例题选择上都展现出了极高的专业水准和对读者的关怀。我一直认为,一本好的数学教材,不仅要传授知识,更要能够激发读者的求知欲和探索精神。《Applied Partial Differential Equations》在这方面做得非常出色。它在讲解每一个新的数学工具或方法时,都会先详细介绍其产生的背景和解决的实际问题,这使得读者在学习过程中,能够时刻感受到数学的魅力和力量。例如,在讲解数值方法时,作者并没有简单地罗列算法,而是深入分析了每种方法的优点和局限性,以及它们在不同场景下的适用性。有限差分法、有限元法等数值方法的介绍,都配以直观的图示和详细的步骤,让初学者也能轻松理解。书中精心挑选的例题,覆盖了从经典物理问题到更现代的应用领域,从一维的简单方程到二维甚至三维的复杂系统,都体现了作者在内容编排上的深厚功力。这些例题不仅是检验学习成果的工具,更是引导读者思考问题、探索新方法的起点。我常常会在完成一个例题后,尝试去修改其中的参数,或者思考如何将其推广到更复杂的情况,这种主动的学习过程,让我受益匪浅。

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这本书在对数学概念的严谨性与易读性之间取得了很好的平衡。我曾阅读过一些过于晦涩难懂的数学书籍,它们虽然在理论上无懈可击,但对于初学者来说,简直如同天书。而《Applied Partial Differential Equations》在这方面做得非常出色。它在提供数学证明和推导的同时,也会辅以清晰的解释和直观的类比,让读者能够理解每一个步骤的意义。例如,在讲解求解PDEs的能量方法时,作者会先从能量守恒的物理概念出发,然后将其转化为数学上的积分形式,最后展示如何利用这个积分形式来证明解的存在性和唯一性。这种从物理直觉到数学严谨性的过渡,极大地增强了学习的可理解性。书中还包含了大量的练习题,这些练习题的难度设置合理,从基础的巩固练习到更具挑战性的应用题,能够有效地帮助读者检验自己的学习成果,并发现自己理解上的盲点。

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这本书最吸引我的地方在于它将理论与实践的结合做得炉火纯青。我常常觉得,很多数学书籍虽然在理论深度上无懈可击,但一旦涉及实际应用,就显得捉襟见肘,难以触及问题的核心。而《Applied Partial Differential Equations》却恰恰相反,它在讲解抽象的数学概念时,总是紧密地联系着具体的物理或工程问题。比如,在介绍分离变量法时,作者不仅仅是给出了求解的步骤,更是通过讲解如何将一个复杂的多变量问题分解为一系列更简单的常微分方程(ODEs)问题,来展示这种方法的强大之处。这种方法在求解诸如管中流体流动、梁的振动等实际问题时,发挥着至关重要的作用。书中对每种方法的解释都非常透彻,并配以大量精心设计的例题,这些例题不仅能够帮助读者巩固所学知识,更能激发读者思考如何将这些方法推广到更广泛的应用场景。我尤其喜欢它对傅里叶级数和傅里叶变换在PDEs求解中的应用的阐述,这是一种将函数分解成简单正弦和余弦函数的强大工具,在信号处理、图像分析等领域有着广泛的应用。通过这本书,我不仅掌握了求解PDEs的多种方法,更重要的是,我开始培养了一种用数学语言去理解和解决现实世界问题的能力,这对我来说是极其宝贵的。

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这本书最令我印象深刻的,是它在讲解数学方法的同时,始终不忘其“应用”的本质。很多偏微分方程的求解方法,本身就是高度抽象的数学工具,如果没有恰当的应用背景,很容易让人觉得枯燥乏味。然而,《Applied Partial Differential Equations》却成功地将这些工具与实际问题紧密相连。例如,在讲解Green函数法时,作者不仅介绍了求解非齐次线性PDEs的通用方法,更通过求解点源激发的响应等例子,让我们能够直观地理解Green函数在物理场理论中的作用。这种对实际应用的强调,不仅仅是简单地给出一个应用场景,而是深入地剖析了如何利用PDEs的解来描述和预测物理现象。书中对各种边界条件的分类和讨论,也体现了其应用导向的特点,比如Dirichlet边界条件、Neumann边界条件以及Robin边界条件,它们分别对应着不同的物理约束,理解这些约束对于建立准确的模型至关重要。我发现在阅读这本书的过程中,我不仅在学习数学,更在学习如何用数学来理解世界,这是一种非常令人满足的体验。

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从一名学习者的角度来看,《Applied Partial Differential Equations》在内容深度和广度上都达到了一个令人赞叹的高度。它不仅仅是一本介绍偏微分方程求解方法的书籍,更是一扇通往更广阔的科学世界的大门。书中对各种方法的介绍,都不仅仅停留在“如何做”,更深入地探讨了“为什么这么做”以及“在什么情况下可以这么做”。例如,在介绍特征线法时,作者不仅展示了如何利用特征线将偏微分方程转化为一系列常微分方程,还详细阐述了这种方法在求解双曲型方程(如交通流模型、超音速流动等)中的重要性。对于非线性偏微分方程的讨论,虽然篇幅有限,但也为读者提供了一个初步的认识,并指出了进一步探索的方向。书中还涉及了一些更前沿的课题,比如有限元方法在复杂几何区域上的应用,以及一些特定领域的PDEs(如流体力学、传热学中的方程),这些内容拓展了我的视野,激发了我对这些领域的进一步兴趣。我常常觉得,这本书就像一个经验丰富的向导,在我探索数学世界的旅途中,为我指明了方向,提供了所需的工具,并鼓励我不断前行。

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这本书的另一大亮点在于其清晰的逻辑结构和循序渐进的教学节奏。对于像我这样并非数学专业的读者来说,一开始接触偏微分方程,往往会感到无从下手。《Applied Partial Differential Equations》却能够非常巧妙地引导读者一步步进入这个领域。它从最基础的一维问题开始,逐步过渡到二维和三维问题,从简单的线性方程到更复杂的非线性方程。每一种新的求解方法,都会在之前的基础上进行拓展和深化,并且会与其他方法进行比较,指出它们的优缺点和适用范围。例如,在讲解傅里叶变换时,作者会先回顾傅里叶级数,然后解释傅里叶变换如何将傅里叶级数推广到非周期函数,并展示其在求解PDEs中的威力。这种有条不紊的教学方式,能够有效地帮助读者建立起系统的知识体系,避免了“知其然不知其所以然”的困境。我经常会发现,当我遇到一个困难的PDE问题时,这本书总能提供一个清晰的思路,让我能够找到解决问题的方向。

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《Applied Partial Differential Equations》这本书为我提供了一种全新的视角来看待科学问题。我过去总是习惯于将数学视为一个独立的学科,而这本书却让我意识到,数学是连接不同科学领域的通用语言。通过阅读这本书,我不仅深入学习了偏微分方程的理论和求解方法,更重要的是,我开始能够运用这些工具来分析和理解我所感兴趣的物理、工程甚至生物学问题。例如,书中关于扩散方程在化学反应中的应用,以及关于波动方程在声学和光学中的描述,都让我看到了数学在不同学科间的通用性。这种跨学科的学习体验,极大地拓宽了我的知识视野,也培养了我用数学思维解决问题的能力。我发现,一旦掌握了PDEs这样强大的数学工具,许多看似复杂的问题,都能变得清晰起来,并且能够找到有效的解决方案。这是一种非常强大的赋权感,让我对未来的学习和研究充满期待。

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这本书在内容编排上的一个突出优点是,它能够非常有效地引导读者去探索和发现新的数学工具和概念。我常常觉得,优秀的教材不仅仅是提供知识的载体,更应该能够激发读者的好奇心和探索欲。《Applied Partial Differential Equations》在这方面做得非常成功。它在介绍一种新的方法时,总是会先提出一个实际问题,然后引出解决这个问题所需的数学工具。例如,在讲解特征线法时,作者会先描述一个瞬态问题,比如信号在传输过程中的传播,然后解释如何通过构建一系列“特征线”来追踪信号的状态,从而将复杂的PDE问题转化为一系列ODEs。这种“问题驱动”的学习模式,让我在学习过程中始终保持着高度的参与感和主动性。此外,书中还经常会提及一些更高级的主题,并给出进一步阅读的建议,这为我未来的学习和研究指明了方向,让我看到了PDEs领域无限的可能性。

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这本书的出现,简直就是数学领域的一场及时雨。我一直对偏微分方程(PDEs)这个概念怀有敬畏之情,它们是描述自然界无数现象的基石,从流体的运动到热量的传导,再到电磁场的传播,无不涉及PDEs的踪影。然而,深入理解它们,往往需要坚实的数学功底和大量的练习。过去,我曾尝试过一些介绍性的材料,但总觉得它们要么过于理论化,要么不够系统,很难将抽象的数学概念与实际应用联系起来。直到我翻开《Applied Partial Differential Equations》,那种豁然开朗的感觉才真正降临。它并没有一开始就抛出复杂的证明和定理,而是从最基础的概念入手,循序渐进地构建起了读者对PDEs的认知框架。例如,它对热方程、波动方程和拉普拉斯方程的引入,不仅仅是给出方程本身,更重要的是解释了它们各自的物理背景和应用场景。通过对这些经典方程的深入剖析,我仿佛能够看到物理世界的运行规律被数学的语言巧妙地描绘出来。书中对于边界条件和初始条件的讲解也十分细致,清晰地阐述了它们在确定方程唯一解中的重要作用。这种由表及里、由浅入深的学习方式,让我能够有效地克服初期的畏难情绪,逐步建立起对PDEs的信心。尤其让我印象深刻的是,作者并没有回避数学的严谨性,但在提供理论支持的同时,也始终将读者的理解放在首位,力求让每一个公式、每一个推导都有其清晰的逻辑脉络。

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