內容簡介
《偏微分方程(第2版)》對第1版作瞭修訂,並添加瞭差分法方麵的內容,以便提供聯係偏微分方程與差分方程的基本概念;力求把分部積分、場論、Sturm-Liouville理論等與偏微分方程結閤起來討論,以便揭示其作用與意義;另外,對極值原理也作瞭較仔細的討論。《偏微分方程(第2版)》內容以微積分理論所能容納的程度為限,具體內容包括:一階方程、差分法、變分問題;常係數綫性方程求解方法、二階綫性方程等,對三類二階綫性方程附加瞭有關差分法的數值計算舉例。
本書力求保持物理模型講述的完整性以及偏微分方程中邏輯性與曆史性的統一。在各部分內容的討論中,除瞭保證數學上的嚴密性之外,還注意對其實際意義的解釋,並穿插有關的曆史事例,希望能為討論注入活力,並嚮學生介紹正確的數學觀。
《偏微分方程(第2版)》可作為高等學校數學係偏微分方程課程的教材或參考書。
內頁插圖
目錄
第一章 基本概念和一階偏微分方程
§1.1 記號和基本概念
1.1.1 記號
1.1.2 基本概念
1.1.3 定解條件和定解問題
1.1.4 偏微分方程小史
1.1.5 本課程的打算
§1.2 一階偏微分方程
1.2.1 擬綫性方程的Cauchy問題
1.2.2 完全非綫性方程的Cauchy問題
1.2.3 全積分和包麵
§1.3 冪級數和Cauchy-Kovalevskaya定理
1.3.1 實解析函數和優函數
1.3.2 常微分方程的實解析解
1.3.3 Cauchy-Kovalevskaya定理
§1.4 差分方程和微分方程的差分格式
1.4.1 差分格式和導數
1.4.2 差分法與偏微分方程數值解法
1.4.3 差分法與數值解法小結
1.4.4 一階方程數值解法舉例
第二章 定解問題的導齣和二階綫性偏微分方程的分類及化簡
§2.1 變分問題和微分方程與變分原理和定解問題
2.1.1 泛函和變分問題
2.1.2 定解問題
§2.2 二階綫性偏微分方程的分類和化簡
2.2.1 二階常係數綫性偏微分方程的分類和化簡
2.2.2 二階變係數綫性偏微分方程的分類和有關的坐標變換
2.2.3 兩自變量的變係數二階綫性偏微分方程的化簡
第三章 二階常係數綫性偏微分方程的求解方法
§3.1 疊加原理和齊次化原理
3.1.1 定解問題的分解
3.1.2 齊次化(Duhamel)原理
§3.2 Fourier級數和分離變量法
§3.3 Fourier積分和積分變換
3.3.1 Fourier積分定理
3.3.2 Fourier變換及其性質
3.3.3 Laplace變換及其性質
第四章 波動方程
§4.1 波動方程的建立
4.1.1 弦振動方程(一維波動方程)的建立
4.1.2 膜振動方程(二維波動方程)的建立
4.1.3 彈性介質中的振動方程(三維波動方程)的建立
§4.2 弦振動方程的Cauchy問題與半無界弦的初邊值問題
4.2.1 弦振動方程的Cauchy問題
4.2.2 半無界弦的初邊值問題(延拓法)
§4.3 三維和二維波動方程的Cauchy問題
4.3.1 三維波動方程的Cauchy問題(球平均法)
4.3.2 二維波動方程的Cauchy問題(降維法)
4.3.3 依賴區域,決定區域和影響區域以及二維波動和三維波動的區彆
4.3.4 波動方程Cauchy問題的惟一性和穩定性,能量積分
§4.4 波動方程在有界區域上的初邊值問題
4.4.1 弦振動方程的初邊值問題
4.4.2 有界區間上弦振動方程解的物理意義
4.4.3 多維波動方程在有界區域上的初邊值問題
4.4.4 有界區域上波動方程初邊值問題的惟一性和穩定性
§4.5 波動方程數值解舉例
第五章 熱傳導方程
§5.1 熱傳導方程的建立
……
第六章 位勢方程
參考文獻
現代數學分析:微積分的深度探索 作者: [此處填寫虛構作者姓名,例如:張偉、李明] 齣版社: [此處填寫虛構齣版社名稱,例如:科學與技術齣版社、高等教育齣版社] 版次: 第一版 圖書簡介 《現代數學分析:微積分的深度探索》是一部旨在為理工科學生、研究生以及數學愛好者提供堅實數學基礎和深刻洞察力的經典教材。本書以嚴謹的邏輯和清晰的闡述,全麵覆蓋瞭經典微積分的核心概念、理論體係及其在現代科學中的應用。本書特彆側重於從基礎概念齣發,逐步引導讀者理解和掌握高等數學分析的精髓,而非僅僅停留在機械的計算層麵。 內容深度與結構安排 本書共分為六個主要部分,精心設計,確保知識的遞進性和連貫性: 第一部分:實數係統與基礎拓撲 本部分是全書的基石。我們從最嚴格的公理化角度齣發,構建瞭實數係統 ($mathbb{R}$) 的完整結構,包括其完備性、有序性以及基本代數性質。在此基礎上,我們引入瞭歐幾裏得空間 $mathbb{R}^n$ 的基本拓撲概念,如開集、閉集、緊集(Bolzano-Weierstrass 定理和 Heine-Borel 定理的嚴格證明)、收斂性以及連續性在度量空間中的一般化描述。對極限和序列的深入討論,為後續的函數分析奠定瞭不可或缺的理論基礎。我們力求使讀者理解,為何這些看似抽象的拓撲性質,卻是保證微積分運算有效性的關鍵前提。 第二部分:單變量函數與微分學 在鞏固瞭實數係統的基礎上,本部分專注於一元函數的微積分。除瞭傳統的極限、導數和不定積分的計算方法外,本書將大量的篇幅用於闡述微分學背後的核心理論。我們詳細探討瞭中值定理(如羅爾定理、拉格朗日中值定理、柯西中值定理)的證明及其幾何意義,特彆是對 $varepsilon-delta$ 語言的熟練運用,確保讀者能夠精確把握導數的本質。泰勒公式的推導及其在函數逼近中的作用,也得到瞭細緻的分析。黎曼積分的定義、可積性判據以及牛頓-萊布尼茨公式的嚴謹證明,構成瞭本部分計算和理論的連接點。 第三部分:多變量函數與微分幾何基礎 隨著變量的增加,幾何直覺的重要性愈發凸顯。本部分將單變量微積分的概念推廣到高維空間 $mathbb{R}^n$。我們引入瞭偏導數、方嚮導數和梯度。對於多元函數的微分,本書采用瞭規範化的鏈式法則,並詳細探討瞭海森矩陣(Hessian Matrix)的性質及其在確定局部極值中的關鍵作用。在積分方麵,我們首次引入瞭多重積分(二重積分、三重積分)的 Fubini 定理,並討論瞭坐標變換(如極坐標、球坐標)下的積分計算。對雅可比行列式的引入,不僅是計算工具,更是理解維度綫性變換的橋梁。 第四部分:綫積分、麯麵積分與微分形式 此部分是連接幾何直觀與分析嚴謹性的重要環節,為理解嚮量微積分打下基礎。我們係統地介紹瞭麯綫上的綫積分和麯麵上的麵積分。重點在於理解保守場和勢函數,以及格林公式(Green's Theorem)、斯托剋斯公式(Stokes' Theorem)和高斯散度定理(Gauss' Divergence Theorem)的嚮量形式。本書尤其強調瞭微分形式(Differential Forms)的初步概念,將法綫嚮量、麯麵元素等幾何對象統一在更抽象的框架下,這對於後續學習微分幾何和微分拓撲至關重要。 第五部分:序列、級數與冪級數 本部分聚焦於無窮過程的收斂性分析。對序列和級數的收斂性判彆方法(比值檢驗、根值檢驗、積分檢驗等)的討論詳盡而全麵。冪級數和泰勒級數作為函數展開的核心工具,被深入研究。我們嚴格證明瞭冪級數在收斂半徑內的逐項求導和逐項積分的閤法性,並詳細分析瞭傅裏葉級數在 $L^2$ 空間中的收斂性質,展示瞭無窮維空間中正交基的重要性。 第六部分:勒貝格積分導論(選講) 認識到黎曼積分在處理不規則函數和非連續函數時的局限性,本部分對現代分析的基石——勒貝格積分進行瞭初步介紹。我們從測度論的視角齣發,構建瞭勒貝格測度,定義瞭簡單函數和可測函數。通過對比黎曼可積與勒貝格可積的差異,清晰地展示瞭勒貝格積分在理論上的優越性,特彆是它在處理極限操作下的保留收斂性方麵的強大能力。 教學特色與目標讀者 本書的撰寫風格力求平衡嚴謹性與可讀性。每一個定理的陳述都精確無誤,但證明過程盡可能地輔以清晰的邏輯引導和必要的背景解釋。書中包含大量的例題和習題,旨在鞏固概念理解和提升計算能力。 目標讀者包括: 學習高等數學、數學分析、理論物理、應用數學的本科高年級學生和研究生;準備進行數學研究的科研人員;以及希望係統迴顧和深化微積分基礎的工程師和教師。 通過研讀《現代數學分析:微積分的深度探索》,讀者不僅將掌握處理實際問題的強大分析工具,更將建立起一套完整、嚴密、具有深刻洞察力的現代數學思維框架。