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數(shù)學(xué)物理方法與仿真(第3版) 讀者對(duì)象:物理學(xué)、地球物理學(xué)、電子信息科學(xué)、光通信技術(shù)、空間科學(xué)、天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋科學(xué)、材料科學(xué)等專業(yè)方向的學(xué)生,相關(guān)技術(shù)人員
本書系統(tǒng)地闡述了復(fù)變函數(shù)論、數(shù)學(xué)物理方程的各種解法、特殊函數(shù)以及計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐等內(nèi)容,對(duì)培養(yǎng)思維能力和實(shí)踐編程能力具有指導(dǎo)意義。本書在取材的深度和廣度上充分考慮到前沿學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)內(nèi)容,形成了具有前沿學(xué)科特點(diǎn)的數(shù)學(xué)物理方法與計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的系統(tǒng)化理論體系。本書結(jié)構(gòu)層次清晰,理論具有系統(tǒng)性和完整性,重點(diǎn)立足于對(duì)思維能力的培養(yǎng),加強(qiáng)計(jì)算機(jī)仿真能力的訓(xùn)練,分別介紹了復(fù)變函數(shù)、數(shù)學(xué)物理方程和特殊函數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真求解及其解的仿真圖形顯示。習(xí)題解答和仿真程序等可以通過網(wǎng)絡(luò)下載。本書可作為物理學(xué)、地球物理學(xué)、電子信息科學(xué)、光通信技術(shù)、空間科學(xué)、天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的理工科大學(xué)本科教材,也可供相關(guān)專業(yè)的研究生、科技工作者作為參考資料并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練。
楊華軍,男,電子科技大學(xué)教授,中國宇航協(xié)會(huì)會(huì)員,四川省物理學(xué)會(huì)會(huì)員,四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選,電子科技大學(xué)中青年學(xué)術(shù)帶頭人,光學(xué)學(xué)科責(zé)任教授。長期從事光通信技術(shù)、光子晶體器件及應(yīng)用、激光雷達(dá)成像、計(jì)算機(jī)光學(xué)輔助設(shè)計(jì)等研究方向科研工作。教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)和科技發(fā)明獎(jiǎng)評(píng)審專家,物理學(xué)報(bào)、Chinese Optics Letters、中國激光等期刊評(píng)審專家。2003年8月至2004年3月,于美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校和南加州大學(xué)光纖通信研究室做高級(jí)訪問學(xué)者,訪問期間從事光子晶體光纖通信技術(shù)研究工作。主持國家自然科學(xué)基金、總裝預(yù)研基金等科研項(xiàng)目十余項(xiàng),發(fā)表研究論文五十余篇,培養(yǎng)博士、碩士研究生四十余名。 長期從事大學(xué)本科“數(shù)學(xué)物理方法”省級(jí)精品課程教學(xué),出版著作《數(shù)學(xué)物理方法與仿真》,電子工業(yè)出版社。獲得四川省第七屆教學(xué)成果二等獎(jiǎng),并長期從事研究生“光學(xué)系統(tǒng)CAD”課程教學(xué)工作。
第一篇 復(fù)變函數(shù)
第1 章 復(fù)數(shù)與復(fù)變函數(shù)..................... 3 1. 1 復(fù)數(shù)概念及其運(yùn)算..................... 3 I. I. 1 復(fù)數(shù)概念…….................……. 3 I. 1. 2 復(fù)數(shù)的基本代數(shù)運(yùn)算............... 4 1. 2 復(fù)數(shù)的表示.........….................. 4 I. 2. 1 復(fù)數(shù)的幾何表示..............…… ·4 1. 2. 2 復(fù)數(shù)的三角表示.......…........... 6 I. 2 3 復(fù)數(shù)的指數(shù)表示….................. 6 1.2.4 共輒復(fù)數(shù)…........….........…… ·7 1.2.5 復(fù)球面、元窮遠(yuǎn)點(diǎn)........….......... 7 1. 3 復(fù)數(shù)的乘幕與方根…...... … 8 I. 3 1 復(fù)數(shù)的乘罪.......................…. 8 I. 3. 2 復(fù)數(shù)的方根..............….......... 9 I. 3. 3 實(shí)踐編程:正十七邊形的幾何作圖法.............................. 10 1. 4 區(qū)域…........……................... 11 I. 4 1 基本概念…......... …… 11 I. 4. 2 區(qū)域的判斷方法及實(shí)例分析…… 14 1. 5 復(fù)變函數(shù)........……………....... 14 I. 5 1 復(fù)變函數(shù)概念….................. 14 I. 5. 2 復(fù)變函數(shù)的兒何意義一一映射… 15 1. 6 復(fù)變函數(shù)的極限........……....... 16 I. 6. 1 復(fù)變函數(shù)極限概念.................. 16 I. 6. 2 復(fù)變函數(shù)極限的基本定理…… 17 1. 7 復(fù)變函數(shù)的連續(xù)........……....... 18 I. 7. 1 復(fù)變函數(shù)連續(xù)的概念............... 18 I. 7. 2 復(fù)變函數(shù)連續(xù)的基本定理…… 18 1. 8 典型綜合實(shí)例……...............… 19 小結(jié)..............…............................ 23 習(xí)題1 …........... ........ …… 25 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐……...............… 26 第2 章 解析函數(shù)........................... 28 2. 1 復(fù)變函數(shù)導(dǎo)數(shù)與微分….…… 28 2 1 1 復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)…..............…. 28 2. 1. 2 復(fù)變函數(shù)的微分概念............... 30 2 1 3 可導(dǎo)的必要條件..................... 30 2. 1. 4 可導(dǎo)的充分必要條件............... 32 2 1 5 求導(dǎo)法則…… ........ …. 33 2. 1. 6 復(fù)變函數(shù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義......... 34 2.2 解析函數(shù)……… ........ …. 35 2 2. 1 解析函數(shù)的概念……............... 35 2. 2. 2 解析函數(shù)的法則..................... 36 2.2.3 函數(shù)解析的充分必要條件......... 37 2.2.4 解析函數(shù)的幾何意義(映射的 保角性) ….......….............. 39 2.3 初等解析函數(shù)........................ 40 2. 3. 1 指數(shù)函數(shù)(單值函數(shù)) ............... 40 2. 3. 2 對(duì)數(shù)函數(shù)一一指數(shù)函數(shù)的 反函數(shù)(多值函數(shù)) .......…........ 41 2.3.3 三角函數(shù)(單值函數(shù)) ............... 43 2. 3.4 反三角函數(shù)(多值函數(shù))…......... 45 2.3.5 雙曲函數(shù)(單值函數(shù)) ............... 46 2. 3. 6 反雙曲函數(shù)(多值函數(shù))….…. 47 2.3. 7 整幕函數(shù)z"(單值函數(shù))…......... 47 2.3.8 一般辱函數(shù)與根式函數(shù)w=':fi (多值函數(shù))………............... 48 ·2. 3. 9 多值函數(shù)的基本概念…… …. 49 2.4 解析函數(shù)與調(diào)和函數(shù)的關(guān)系…… 51 2.4. 1 調(diào)和函數(shù)與共輒調(diào)和函數(shù)的概念…........……................ 51 2.4.2 解析函數(shù)與調(diào)和函數(shù)之間的關(guān)系…........……................ 51 2.4.3 解析函數(shù)的構(gòu)建方法…… …. 52 2.5 解析函數(shù)的物理意義平面矢量場………......... …. 53 2. 5. 1 用解析函數(shù)表述平面矢量場...... 53 2. 5. 2 靜電場的復(fù)勢..................... 54 2.6 典型綜合實(shí)例.............…........ 56 小結(jié)…·........... ........ …… 58 習(xí)題2 ................….............…....... 59 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐......... …… ω 第3 章 復(fù)變函數(shù)的積分...............… 61 3. 1 復(fù)變函數(shù)積分及性質(zhì)….........… 61 3. 1. 1 復(fù)變函數(shù)積分的概念............... 61 3. 1. 2 復(fù)積分存在的條件及計(jì)算方法… 62 3. 1. 3 復(fù)積分的基本性質(zhì).................. 62 3. 1.4 復(fù)積分的計(jì)算典型實(shí)例.......….. 63 3. 1. s 復(fù)變函數(shù)環(huán)路積分的物理意義... 64 3.2 柯西積分定理及其應(yīng)用.........… 65 3 2 1 柯西積分定理………….. 65 3.2.2 不定積分…........….........…. 66 3. 2 3 典型應(yīng)用實(shí)例………….. 68 3. 2.4 柯西積分定理(柯西古薩定理)的物理意義.................. 68 3.3 基本定理的推廣一一復(fù)合閉路定理…................................. 69 3.4 柯西積分公式........................ 72 3. 4.1 有界區(qū)域的單連通柯西積分公式................….............. 72 3.4.2 有界區(qū)域的復(fù)連通柯西積分公式................................. 73 3.4.3 元界區(qū)域的柯西積分公式......... 74 3.5 柯西積分公式的幾個(gè)重要推論… 76 3. 5.1 解析函數(shù)的元限次可微性(高階導(dǎo)數(shù)公式)………… …… 76 3.5.2 解析函數(shù)的平均值公式…......... 78 3.5 3 柯西不等式......... …… 78 3.5.4 劉維爾定理........................ 79 3.5 s 莫勒納定理.......….............. 79 3.5.6 最大模原理.......….............. 79 3.5 7 代數(shù)基本定理….................. 80 3.6 典型綜合實(shí)例.............…........ 80 小結(jié)............................................. 85 習(xí)題3 …........... ........ …… 86 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐………............... 88 第4 章 解析函數(shù)的冪級(jí)數(shù)表示…… 89 4. 1 復(fù)數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的基本概念…......... 89 4. 1 1 復(fù)數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)概念….................. 89 4. I. 2 復(fù)數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)的判斷準(zhǔn)則和定理… 89 4.2 復(fù)變函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)..................... 91 4.3 冪級(jí)數(shù)................................. 93 4 3. 1 冪級(jí)數(shù)概念........….........…. 93 4. 3. 2 收斂圓與收斂半徑…… …. 94 4 3 3 收斂半徑的求法..................... 95 4.4 解析函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)展開式…… 98 4.4. 1 泰勒級(jí)數(shù)…........................ 98 4.4.2 將函數(shù)展開成泰勒級(jí)數(shù)的方法… 99 4.5 羅朗級(jí)數(shù)及展開方法............... 100 4. s. 1 羅朗級(jí)數(shù)…........…….......... 100 4. s. 2 羅朗級(jí)數(shù)展開方法實(shí)例......... 103 4.5.3 用級(jí)數(shù)展開法計(jì)算閉合環(huán)路積分..............…........….. 105 4.6 典型綜合實(shí)例.........…........…. 105 小結(jié).........….............................. 108 習(xí)題4 ..................……........……. 110 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐................….. 112 第5 章 留數(shù)定理………·…….. 113 5. 1 解析函數(shù)的孤立奇點(diǎn)............... 113 s. I. 1 孤立奇點(diǎn)概念.................…. 113 s. I. 2 孤立奇點(diǎn)的分類及其判斷定理…….......…………….. 113 5.2 解析函數(shù)在元窮遠(yuǎn)點(diǎn)的性質(zhì)….. 117 5.3 留數(shù)概念........….......…......... 118 5.4 留數(shù)定理與留數(shù)和定理…......... 120 5.5 留數(shù)的計(jì)算方法..................... 121 s. s. 1 有限遠(yuǎn)點(diǎn)留數(shù)的計(jì)算方法.….121 5.5.2 元窮遠(yuǎn)點(diǎn)的留數(shù)計(jì)算方法......... 123 5.6 用留數(shù)定理計(jì)算實(shí)積分.........… 125 ,,. 5. 6. 1 / R( cos8 ,sin8) d8 型裂分…… 125 5 6 2 I 一一一出型積分….......….. 127 5.6.3 r:f(x)型積分..............…….......... 128 5.6.4 其他類型(積分路徑上有奇點(diǎn))的識(shí)分計(jì)算舉例................….. 130 5. 7 典型綜合實(shí)例……… … ….. 132 小結(jié).............….......................... 136 習(xí)題5 …..........…….........…........ 137 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐……............... 139 第6 章 保角映射…........................ 140 6. 1 保角映射的概念……............... 140 6.2 分式線性映射........................ 141 6.2.1 分式線性映射的概念…......... 141 6.2.2 兩種基本映射……............... 142 6.2.3 分式線性映射的性質(zhì)........…. 143 6.2.4 分式線性映射的確定及應(yīng)用…… 145 6.2.5 三類典型的分式結(jié)性映射......... 148 6.3 幾個(gè)初等畫數(shù)所構(gòu)成的映射…… 150 6. 3. 1 幕函數(shù)映射........…........….. 150 6.3.2 指數(shù)函數(shù)w=e' 映射…………… 151 ·6. 3. 3 儒可夫斯基函數(shù)映射.... ...….. 152 6.4 典型綜合實(shí)例........…….......… 153 小結(jié).............………...............….. 156 習(xí)題6 .............…... .....…..... ..….. 157 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐................….. 158 第一篇復(fù)變函數(shù)論全篇總結(jié)框圖…… 158 第一篇綜合測試題........................ 159 第二篇 數(shù)學(xué)物理方程 第7 章 數(shù)學(xué)建模一一散學(xué)物理定解問題........……................… 162 7. 1 數(shù)學(xué)建模一一波動(dòng)方程類型的建立.................…................ 163 7. 1.1 被動(dòng)方程的建立……………… 163 7. 1. 2 波動(dòng)方程的定解條件…......... 169 7.2 數(shù)學(xué)建模一一熱傳導(dǎo)方程類型的建立.................…................ 171 7.2.1 數(shù)學(xué)物理方程一一熱傳導(dǎo)類型方程的建立…….......…………….. 171 7.2.2 熱傳導(dǎo)(或擴(kuò)散)方程的定解條件…….......…………….. 174 7.3 數(shù)學(xué)建模一一穩(wěn)定場方程類型的建立.................................... 175 7. 3.1 穩(wěn)定場方程類型的建立......... 175 7.3.2 泊松方程和拉普拉斯方程的定解條件................…........ 176 7.4 數(shù)學(xué)物理定解理論…….......….. 177 7.4.1 定解條件和定解問題的提法…… 177 7.4.2 數(shù)學(xué)物理定解問題的適定性…… 178 7.4.3 數(shù)學(xué)物理定解問題的求解方法… 178 7.5 典型綜合實(shí)例........................ 178 小結(jié)…....................................... 181 習(xí)題7 ….................................... 181 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐…….......…….. 182 第8 章 二階線性偏微分方程的分類..............…................ 183 8. 1 基本概念...............….......….. 183 8. 2 數(shù)學(xué)物理方程的分類……......... 184 8. 3 二階線性偏微分方程標(biāo)準(zhǔn)化…… 187 8.4 線性偏微分方程解的特征......... 190 8. 5 典型綜舍實(shí)例........................ 191 小結(jié)…..........………...............….. 192 習(xí)題8 ...................…................. 193 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐……............... 193 第9 章 行波法與達(dá)朗貝爾公式......... 194 9.1 二階線性偏微分方程的通解…… 194 9. 2 二階線性偏微分方程的行波解........... .. .... … ... ..... … .. 195 9.3 達(dá)朗貝爾公式........…….......... 196 9. 3.1 一維波動(dòng)方程的達(dá)朗貝爾公式…….......…………….. 196 9.3.2 達(dá)朗貝爾公式的物理意義……… 197 9.4 達(dá)朗貝爾公式的應(yīng)用……......... 197 9.4. 1 齊次偏微分方程求解........…. 197 9.4.2 非齊次偏微分方程的求解……… 200 9. 5 定解問題的適定性驗(yàn)證.........… 201 9. 6 典型綜合實(shí)例… .. .... .... ... ... ... .. 202 小結(jié)................…........….......….. 205 習(xí)題9 .......…......... .....….... ...….. 206 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐................….. 206 第10 章 分離變量法...... .... .. .... ... .. 207 10.1 分離變量理論................….. 207 10. 1. 1 偏微分方程變量分離及條件… 207 10. 1. 2 邊界條件可實(shí)施變量分離的條件…….......…………….. 208 10.2 直角坐標(biāo)系下的分離變量法… 208 10. 2.1 分離變量法介紹……………… 208 10.2.2 解的物理意義………………… 211 10.2.3 二維形式的直角坐標(biāo)分離變量…........……….......... 212 10.2.4 直角坐標(biāo)系分離變量例題分析..............….........…. 213 10.3 二維極坐標(biāo)系下拉普拉斯方程的分離變量法............... 217 10.4 球坐標(biāo)系下的分離變量法…… 219 10.4. 1 拉普拉斯方程也= O 的分離變量(與時(shí)間無關(guān)) .......... 219 10.4.2 與時(shí)間有關(guān)的方程的分離變量…….......…………….. 221 10.4.3 亥姆霍茲方程的分離變量…… 222 10.5 柱坐標(biāo)系下的分離變量......... 223 10. 5.1 與時(shí)間元關(guān)的拉普拉斯方程分離變量…….......…………….. 223 10.5.2 與時(shí)間相關(guān)的方程的分離變量…….......…………….. 225 10.6 非齊次三階線性偏微分方程的解法................................. 225 10. 6.1 1自松方程非齊次方程的特解法.......................…….. 225 10.6.2 非齊次偏微分方程的傅里葉級(jí)數(shù)解法.......…………….. 227 10. 7 非齊次邊界條件的處理……… 229 10.8 典型綜合實(shí)例.........…......... 231 小結(jié).......................................... 235 習(xí)題10 ……….............................. 237 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐……............... 239 第11 章 冪級(jí)數(shù)解法一一本征值問題........……................ 240 11. 1 二階常微分方程的事級(jí)數(shù)解法…...............….......….. 240 11. 1.1 幕級(jí)數(shù)解法理論概述.......….. 240 11. 1. 2 常點(diǎn)鄰域上的事級(jí)數(shù)解法(勒讓德方程的求解)…......... 241 11. 1. 3 奇點(diǎn)鄰峨的級(jí)數(shù)解法(貝塞爾方程的求解) ..............……. 243 11. 2 施圖姆-劉維爾本征值……… 246 11.2.1 施圖姆-劉維爾本征值問題…… 246 11. 2. 2 施圖姆-劉維爾本征值問題的性質(zhì)…….......…………… .. 247 11.2.3 廣義悻里葉級(jí)數(shù)..............…. 249 11. 2.4 復(fù)數(shù)的本征函數(shù)族… … … …… 249 11. 2. 5 希爾伯特空間矢量分解......... 250 11. 3 綜合實(shí)例.........….........…… 250 小結(jié).............….......................… 251 習(xí)題11 ........……......................... 252 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐. . ... ..... ... ... … .. 252 第12 章 格林函數(shù)法................….. 253 12. 1 格林公式….... . ....…..... .. ….. 253 12.2 解泊松方程的格林函數(shù)法…… 253 12.3 元界空間的格林函數(shù)基本解… 256 12. 3. 1 三維球?qū)ΨQ情形……………… 257 12.3.2 工維軸對(duì)稱情形.................. 257 12.4 用電像法確定格林函數(shù). ... ... .. 258 12.4. 1 上半平面區(qū)域第一邊值問題的格林函數(shù)構(gòu)建方法…………… 259 12.4.2 上半空間內(nèi)求解拉普拉斯方程的第一邊值問題.................…. 260 12.4.3 圓形區(qū)域第一邊值問題的格林函數(shù)構(gòu)建.... . ..……………. . 261 12.4.4 球形區(qū)域第一邊值問題的格林函數(shù)掏建........……………. 262 12.5 典型綜合實(shí)例..................... 264 小結(jié)……..............…… ... ... … …… . 265 習(xí)題12 .............….......…........….. 266 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐. . ..... ... ... ... …. . 267 第13 章 積分變換法求解定解問題… 268 13. 1 傅里葉變換及性質(zhì)……......... 268 13. 1. 1 傅里葉變換………………… 268 13. 1. 2 廣義儒里葉變換……………… 269 13. 1. 3 傅里葉變換的基本性質(zhì)……… 271 13.2 拉普拉斯變換及性質(zhì).......….. 276 13.2. 1 拉普拉斯變換………..... .. ….. 276 13.2.2 拉普拉斯變換的性質(zhì).......….. 278 13.2.3 拉普拉斯變換的反演…......... 281 13. 3 傅里葉變換法解數(shù)學(xué)物理定解問題........…...................... 283 13.3.1 弦振動(dòng)問題........….......… 284 13.3.2 熱傳導(dǎo)問題….......…........ 285 13.3.3 穩(wěn)定場問題……............... 286 13.4 拉普拉斯變換解定解問題........…................ 288 13.4. 1 元界區(qū)域的問題…............... 288 13.4.2 半元界區(qū)域的問題…………… 288 小結(jié)…….................................….. 290 習(xí)題13 ........….................…........ 292 第14 章 保角變換法求解定解問題… 294 14. 1 保角變換與拉普拉斯方程邊值問題的關(guān)系........................ 294 14. 2 保角變換法求解定解問題典型實(shí)例….................…………. 295 習(xí)題14 .................…….. ......…….. 299 第15 章 戴學(xué)物理方程綜述............ 300 15. 1 線性偏微分方程解法綜述… … 300 15.2 非線性偏微分方程….......….. 301 15. 2.1 孤立波…...........…………….. 302 15.2.2 沖擊波….......…………….. 303 小結(jié).....................................….. 304 第二篇 綜合測試題… . . ... .. . . . ... . .. … . . 305 第三篇 特殊函數(shù) 第16 章勒讓德多項(xiàng)式-一球函數(shù)… 308 16. 1 勒讓德方程及其解的表示…… 308 16. 1. 1 勒讓德方程、勒讓德多項(xiàng)式…… 308 16. 1. 2 勒讓德多項(xiàng)式的表示………… 308 16.2 勒讓德多項(xiàng)式的性質(zhì)及其應(yīng)用...............…............... 311 16. 2.1 勒讓德多項(xiàng)式的性質(zhì)………… 311 16.2.2 勒讓德多項(xiàng)式的應(yīng)用(廣義得墾葉級(jí)數(shù)展開)…………… 313 16.3 勒讓德多項(xiàng)式的生成函數(shù)(母函數(shù)) ........…................ 315 16. 3.1 勒讓德多項(xiàng)式的生成函數(shù)的定義…….......…………….. 315 16.3.2 勒讓德多項(xiàng)式的遞推公式…… 316 16.4 連帶勒讓德函數(shù).............….. 318 16.4. 1 連帶勒讓德函數(shù)的定義……… 318 16.4.2 連帶勒讓德函數(shù)的微分表示… 319 16.4.3 連帶勒讓德函數(shù)的積分表示… 320 16.4.4 連帶勒讓德函數(shù)的正交關(guān)系與模的公式…….......…........ 320 16.4.5 連帶勒讓德函數(shù)一一廣義傅里葉級(jí)數(shù)..............…….......... 320 16.4.6 連帶勒讓德函數(shù)的遞推公式… 321 16.5 球函數(shù)…….......….........….. 321 16. 5.1 球函數(shù)的方程及其解………… 321 16.5.2 球函數(shù)的正交關(guān)系和模的公式........….........…. 322 16.5.3 球面上函數(shù)的廣義傅里葉級(jí)數(shù)……............... 323 16.5.4 拉普拉斯方程的非軸對(duì)稱定解問題…….... . ..……………. . 324 16.6 典型綜合實(shí)例. . ... .. . ... . . . .. … .. 325 小結(jié)…….............. …… … ... ... .….. 328 習(xí)題16 …….................……………. 331 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐................….. 331 第17 章 貝塞爾函數(shù)................….. 332 17. 1 貝塞爾方程及其解……......... 332 17. 1. 1 貝塞爾方程……............... 332 17. 1. 2 貝塞爾方程的解…….... . . . …. . 333 17.2 三類貝塞爾函數(shù)的表示式及性質(zhì)………..........….........…. 333 17.2. 1 第一類貝塞爾函數(shù)…………… 333 17.2.2 第二類貝塞爾函數(shù)…………… 335 17. 2. 3 第三類貝塞爾函數(shù)........……. 335 17.3 貝塞爾函數(shù)的基本性質(zhì)......... 336 17. 3. 1 貝塞爾函數(shù)的遞推公式……… 336 17.3.2 貝塞爾函數(shù)與本征值問題…… 338 17.3.3 貝塞爾函數(shù)的正交性和模… … 340 17.3.4 廣義德里葉-貝塞爾級(jí)教… … … 341 17.3.5 貝塞爾函數(shù)的母函數(shù)(生成函數(shù)) …..........….........…. 342 17.4 虛宗量貝塞爾方程及其解…… 343 17.4. 1 虛宗量貝塞爾方程的解……… 343 17.4.2 第一類虛宗量貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)......................…….. 344 17.4.3 第二類虛宗量貝塞爾函數(shù)的性質(zhì)…........………………. 345 17.5 球貝塞爾方程及其解…......... 345 17. 5.1 球貝塞爾方程….......…........ 345 17.5.2 球貝塞爾方程的解…………… 345 17.5.3 球貝塞爾函數(shù)的級(jí)數(shù)表示…… 346 17.5.4 球貝塞爾函數(shù)的遞推公式…… 346 17.5.5 球貝塞爾函數(shù)的初等函數(shù)表示式…........…........….. 346 17.5.6 球形區(qū)域內(nèi)的球貝塞爾方程的本征值問題…………… 347 17. 6 典型綜合實(shí)例..................... 348 小結(jié)................…........….......….. 350 習(xí)題17 …........…………….........…. 352 討算機(jī)仿真編程實(shí)踐................….. 353 第三篇綜合測試題.... . .... … . ... ... …. . 353 第四篇 計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)踐 第18 章 計(jì)算機(jī)仿真在復(fù)變函數(shù)中的應(yīng)用..............….........…. 355 18. 1 復(fù)數(shù)運(yùn)算和復(fù)變函數(shù)的圖形… 355 18. 1. 1 復(fù)數(shù)的基本運(yùn)算…........……. 355 18. 1. 2 復(fù)數(shù)的運(yùn)算..............……. 355 18. 1. 3 復(fù)變函數(shù)的圖形..............…. 357 18.2 復(fù)變函數(shù)的極限與導(dǎo)數(shù)、解析函數(shù)..............…................ 360 18. 2.1 復(fù)變函數(shù)的極限……………… 360 18.2.2 復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)……........…. 361 18.2.3 解析函數(shù).......…………….. 361 18.3 復(fù)變畫數(shù)的積分與留數(shù)定理… 362 18. 3.1 非閉合路徑的積分計(jì)算……… 362 18.3.2 閉合路徑的積分計(jì)算…......... 362 18.4 復(fù)變畫數(shù)級(jí)數(shù)….......…........ 364 18.4. 1 復(fù)變函數(shù)級(jí)數(shù)的收斂半徑.........….........… 364 18.4.2 單變量函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)展開… 365 18.4.3 多變量函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)展開… 366 18.5 傅里葉變換及其逆變換......... 367 18.5. 1 傅里葉積分變換.......…........ 367 18.5.2 傅里葉逆變換.................…. 368 18.6 拉普拉斯變換及其逆變換…… 368 18. 6.1 拉普拉斯變換..............……. 368 18.6.2 拉普拉斯逆變換..............…. 369 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐……............... 370 第19 章 數(shù)學(xué)物理方程的計(jì)算機(jī)仿真求解.............................. 371 19. 1 用偏微分方程工具箱求解偏微分方程.........….......….. 371 19. 1. 1 用GUI 解PDE 問題………… 371 19. 1. 2 計(jì)算結(jié)果的可視化…........…. 372 19.2 計(jì)算機(jī)仿真編程求解偏微分方程................................. 374 19.2. 1 雙曲型:波動(dòng)方程的求解......... 374 19.2.2 拋物型:熱傳導(dǎo)方程的求解…… 377 19.2.3 橢圓型:穩(wěn)定場方程的求解…… 379 19.2.4 點(diǎn)源泊松方程的適應(yīng)解……… 381 19.2.5 亥姆霍茲方程的求解………… 382 19.3 定解問題的計(jì)算機(jī)仿真顯示… 383 19. 3.1 波動(dòng)方程解的動(dòng)態(tài)由示……… 384 19.3.2 熱傳導(dǎo)方程解的分布…......... 385 19.3.3 1自松方程解的分布…………… 386 19. 3.4 格林函數(shù)解的分布............... 387 19. 3. 5 本征值問題中本征函數(shù)的收斂及其分布......................…….. 388 討算機(jī)仿真編程實(shí)踐..................... 389 第20 章 特殊函數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用……........…........….. 390 20.1 連帶勒讓德函數(shù)、勒讓德多項(xiàng)式、球函數(shù)..............……………. 390 20. 1. 1 連帶勒讓德函數(shù)……………… 390 20. 1. 2 勒讓德多項(xiàng)式................….. 390 20. 1. 3 球函數(shù)..............…………. 391 20. 1.4 勒讓德多項(xiàng)式的母函數(shù)圖形… 391 20.2 貝塞爾畫數(shù)(柱函數(shù))及其性質(zhì)….........….......….. 392 20. 2.1 貝塞爾函數(shù)及仿真........……. 392 20.2.2 虛宗量貝塞爾函數(shù)............... 394 20.2.3 球貝塞爾函數(shù)的圖形………… 394 20.2.4 平面被用柱面波形式展開…… 395 20. 2.5 定解問題的圖形顯示….... . .... 396 20.3 其他特殊函數(shù)…… .... .... ....... 397 計(jì)算機(jī)仿真編程實(shí)踐.........… .. ....... 397 第21 章 數(shù)學(xué)物理方法仿真實(shí)踐…… 398 21. 1 復(fù)變函數(shù)仿真實(shí)踐.... .....…… 398 21. 2 數(shù)學(xué)物理方程仿真實(shí)踐......... 400 21. 2. 1 基模高斯光束的傳輸特性仿真………................… .. 400 21. 2. 2 光子晶體中本征值問題的仿真…….......…………….. 403 21. 3 特殊函數(shù)應(yīng)用仿真實(shí)踐一一布拉格光纖光傳輸特性仿真… 405 參考文獻(xiàn).................... . ........... .... 410
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