普通微分方程入门:科学与工程的解析方法
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更新于2024-07-18
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"这是一本面向数学、物理科学和工程专业本科生的《微分方程》教材,旨在介绍如何分析、图形化和近似求解微分方程。书中涵盖了常微分方程的理论、求解方法及其应用,包括使用拉普拉斯变换和幂级数方法等常见技巧。作者是Russell Herman,并且该书基于Tufte-book LaTeX文档类进行了格式调整。此外,自2014年夏天以来,这本书的版本就已经在网上发布。"
在微分方程的学习中,我们首先会接触到一阶微分方程。这部分内容包括自由落体问题,它常用来引出微分方程的概念。第一部分详细讲解了以下主题:
1.1 自由落体:这是物理学中的一个经典例子,用来演示如何用微分方程描述物体在重力作用下的运动。
1.2 第一阶微分方程:
- 分离变量法:这种方法适用于形如dy/dx = f(x)g(y)的方程,通过分离变量将方程转化为两个积分,从而找到解。
- 线性一阶方程:这类方程通常形式为dy/dx + p(x)y = q(x),可以通过乘以适当的积分因子来解。
- 准确微分方程:如果微分方程的左端可以表示为某个函数关于x和y的全微分,则该方程被称为准确微分方程,可以通过找到一个潜在的势函数来求解。
1.3 应用:
- 增长与衰减:如细菌增长模型或放射性物质衰变,微分方程可以描述这些过程的变化。
- 牛顿冷却定律:用于描述物体温度随时间的变化,常用于热力学问题。
- 终端速度:在空气阻力或其他阻力影响下,物体下落或上升达到稳定速度的状态。
- 混合问题:例如化学反应中的溶质混合,可以通过微分方程来预测浓度随时间的变化。
- 正交轨迹:对于一组曲线,其正交轨迹是使得每条曲线上任一点与原曲线族正交的曲线。
- 追踪曲线*:涉及到物体追踪另一物体路径的问题,例如导弹追踪目标的运动。
1.4 其他一阶方程:
- 贝努利方程*:这类方程具有非线性项,可以通过变换变量将其转化为线性方程。
这本书深入浅出地介绍了微分方程的基础知识,不仅包含了理论,还提供了多种实际问题的应用示例,适合初学者和专业人士学习和参考。书中还可能涉及更高级的主题,如高阶微分方程、数值方法和偏微分方程,这些都是理解和解决科学与工程问题的关键工具。
2016-11-02 上传
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2009-08-31 上传
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CSean
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