《薛定宇教授大講堂(卷Ⅱ):MATLAB微積分運算》是清華大學出版社2019年出版的圖書,作者是薛定宇。
基本介紹
- 書名:薛定宇教授大講堂(卷Ⅱ):MATLAB微積分運算
- 作者:薛定宇
- ISBN:9787302518693
- 定價:69元
- 出版社:清華大學出版社
- 出版時間:2019年7月1日
- 印次:1-1
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書按照一般的微積分學教材的編排方式,系統地論述了基於MATLAB 語言編程的方法來實現微 積分問題的求解。全書內容包括函式與序列的描述及圖形繪製、極限問題的求解、導數與微分問題的求 解、積分問題的求解、函式的逼近與級數求和、數值導數與數值積分等。此外,書中還概括性地介紹了 積分變換、分數階微積分等內容。 本書可以作為高等學校理工科各類專業的本科生與研究生學習計算機數學語言(MATLAB)的教材, 也可以作為一般讀者學習微積分學的輔助教材,幫助讀者從另一個角度認識微積分學問題的求解方法, 並可以作為查詢微積分數學問題求解方法的工具書。
圖書目錄
目錄
CONTENTS
第 1章微積分問題簡介 1
1.1微積分學發展簡史 1
1.2本書的主要內容 · 4
第 2章函式與序列 · 6
2.1函式與映射 · 6
2.1.1函式的定義與描述 6
2.1.2常用超越函式的 MATLAB計算 7
2.1.3一般函式的 MATLAB表示 · 7
2.1.4函式的曲線與曲面表示 8
2.2不同函式的 MATLAB表示 · 9
2.2.1反函式 · 9
2.2.2複合函式 · 9
2.2.3分段函式的描述 10
2.2.4隱函式 · 12
2.2.5參數方程 · 13
2.2.6極坐標函式 · 16
2.3奇函式與偶函式 · 17
2.4複變函數與映射 · 18
2.4.1複數矩陣及其變換 18
2.4.2複變函數的映射 18
2.4.3 Riemann曲面的繪製 19
2.5序列與函式項序列 22本章習題 23
第 3章函式與序列的極限 26
3.1單變數函式的極限 27
3.1.1單變數函式極限的 φ–α定義 · 27
·iv·薛定宇教授大講堂(卷 II):MATLAB微積分運算
3.1.2函式極限的計算機求解 29
3.1.3複合函式的極限 31
3.1.4序列的極限 · 31
3.1.5分段函式的極限 32
3.1.6無窮小量與無窮大量 33
3.2單邊極限與函式連續性 33
3.2.1左極限與右極限 33
3.2.2函式的連續性 35
3.2.3區間極限運算 36
3.2.4函式連續性的套用方程解的判定·37
3.3複函數的奇點、極點與留數·38
3.3.1奇點與極點的計算38
3.3.2複變函數的留數39
3.4多元函式的極限·41
3.4.1累極限·41
3.4.2重極限及其計算42本章習題44第4章函式的導數與微分47
4.1函式的導數和高階導數48
4.1.1函式的導數與微分48
4.1.2函式導數與高階導數48
4.1.3複合函式的導數51
4.1.4分段函式的導數52
4.1.5矩陣的導數·53
4.2參數方程的導數·53
4.3多元函式的偏導數55
4.3.1偏導數·55
4.3.2全微分·58
4.3.3多元複合函式的導數58
4.4場的梯度、散度與旋度·59
4.4.1標量場與向量場59
4.4.2梯度、散度與旋度·59
4.4.3向量場的勢·61
4.5多元函式的導數矩陣61
4.5.1Jacobi矩陣61
4.5.2Hesse矩陣62
4.5.3標量函式的Laplace運算元·63
4.6隱函式的偏導數·63
4.6.1單個隱函式的一階導數63
4.6.2隱函式的高階導數64
4.6.3隱函式方程組的偏導數計算·66
4.7導數與微分的套用68
4.7.1極值問題·68
4.7.2Newton–Raphson疊代方法·71
4.7.3曲面的切面方程與法線方程·72本章習題73
第5章函式的積分·75
5.1單變數函式的不定積分76
5.2定積分與反常積分79
5.2.1定積分·79
5.2.2廣義積分與反常積分81
5.3多重積分問題的MATLAB求解·83
5.3.1多重不定積分84
5.3.2待定多項式的構造85
5.3.3多重定積分的計算86
5.3.4積分區域的處理與變換87
5.4定積分的套用·88
5.4.1曲線弧長的計算88
5.4.2旋轉體的體積計算89
5.4.3三維圖形圍成的體積與質量計算·90
5.4.4機率密度與分布函式91
5.4.5積分變換入門92
5.5曲線積分·92
5.5.1第一類曲線積分93
5.5.2第二類曲線積分95
5.6曲面積分·96
5.6.1第一類曲面積分96
5.6.2第二類曲面積分98
·vi·薛定宇教授大講堂(卷II):MATLAB微積分運算
本章習題100
第6章級數展開與函式逼近103
6.1級數求和·103
6.1.1數項級數的求和104
6.1.2無窮級數求和計算106
6.1.3函式項級數的求和108
6.1.4特殊的無窮項問題109
6.2無窮級數的收斂性判定111
6.2.1正項級數的一般描述111
6.2.2正項級數的收斂性判定111
6.2.3交替級數的收斂性判定113
6.2.4函式項級數的收斂區間114
6.3序列求積問題·115
6.3.1數項序列的乘積115
6.3.2函式項序列的乘積116
6.3.3正項序列求積的收斂性判定·116
6.4Taylor冪級數展開117
6.4.1單變數函式的Taylor冪級數展開·118
6.4.2多元函式的Taylor冪級數展開·121
6.5Fourier級數展開·122
6.5.1Fourier級數的數學描述122
6.5.2Fourier級數的MATLAB實現·123
6.6單變數函式的有理函式近似126
6.6.1函式的連分式近似126
6.6.2函式的Padé近似·130
6.7Laurent級數展開·131
6.7.1複變函數的Laurent級數展開·131
6.7.2有理函式的Laurent級數·133本章習題135
第7章數值導數與微分139
7.1數值導數算法·139
7.1.1前向差分與後向差分算法140
7.1.2o(h2)精度中心差分算法·140
7.1.3o(h4)精度中心差分算法·141
7.1.4更高精度的中心差分公式141
7.1.5一般高階差分公式的推導與計算·142
7.1.6高精度前向與後向差分算法·145
7.2數值導數計算的MATLAB實現·146
7.2.1二階精度算法的實現147
7.2.2七點中心算法的實現148
7.2.3前向差分數值導數算法的實現·149
7.3已知樣本點的任意階數值導數的求解函式·151
7.4二元函式的偏導數計算153
7.4.1梯度計算·153
7.4.2針對單變數的高精度偏導數算法·154
7.4.3混合偏導數的數值計算156
7.4.4高階混合偏導數的數值計算·157
7.5樣條插值與數值導數計算158
7.5.1三次樣條·158
7.5.2B樣條·161
7.5.3基於樣條的數值導數計算162
7.5.4不等間距樣本散點的數值偏導數計算·165本章習題167第8章數值積分·169
8.1由給定樣本點求數值積分169
8.1.1定積分的直接計算169
8.1.2積分函式的重建171
8.1.3等間距樣本點的高精度數值積分方法·172
8.2單變數數值積分問題求解175
8.2.1簡單數值積分問題175
8.2.2數值積分問題的MATLAB求解176
8.2.3反常積分的數值計算180
8.2.4含參數函式的數值積分181
8.2.5積分函式的數值求解183
8.3雙重積分問題的數值解184
8.3.1雙重定積分的計算184
8.3.2雙重積分曲面的計算185
8.3.3不同積分順序的雙重積分計算方法·185
·viii·薛定宇教授大講堂(卷II):MATLAB微積分運算
8.4多重積分數值求解186
8.4.1三重定積分的數值求解187
8.4.2含參數函式的三重積分188
8.4.3多重積分數值求解189
8.4.4某些變邊界多重積分問題的數值求解方法191
8.5數值積分的其他計算方法191
8.5.1基於MonteCarlo方法的數值積分近似192
8.5.2基於樣條插值的數值積分194
8.5.3多重積分的數值計算196本章習題197
第9章積分變換·200
9.1Laplace變換及其反變換·200
9.1.1Laplace變換及反變換的定義與性質201
9.1.2Laplace變換的計算機求解202
9.1.3用Laplace變換求解微分方程204
9.2Laplace變換問題的數值求解206
9.2.1數值Laplace反變換·206
9.2.2閉環系統回響的思想207
9.2.3數值Laplace變換·208
9.2.4無理系統的回響計算211
9.3Fourier變換及其反變換211
9.3.1Fourier變換及反變換定義與性質·212
9.3.2Fourier變換的計算機求解212
9.3.3Fourier正弦和餘弦變換213
9.3.4離散Fourier正弦、餘弦變換·215
9.3.5快速Fourier變換·216
9.4其他積分變換問題及求解217
9.4.1Mellin變換217
9.4.2Hankel變換及求解219
9.5z變換及其反變換220
9.5.1z變換及反變換定義與性質·221
9.5.2z變換的計算機求解·221
9.5.3雙邊z變換223
9.5.4有理函式z反變換的數值求解·223本章習題224
第10章分數階微積分·228
10.1分數階微積分的定義·229
10.1.1為什麼要引入分數階微積分的概念·229
10.1.2分數階微積分的定義230
10.2不同分數階微積分定義的關係與性質231
10.3Grünwald–Letnikov定義的數值實現·232
10.3.1Grünwald–Letnikov定義232
10.3.2高精度算法與實現233
10.3.3不同精度算法的定量比較·237
10.4Caputo微積分定義的數值計算·239
10.5Oustaloup濾波算法及其套用241
10.5.1Oustaloup濾波器近似·241
10.5.2Caputo導數的濾波器近似243
10.5.3基於Simulink的Caputo導數計算245
10.6更高階導數與積分的數值計算246
本章習題248
參考文獻·249
MATLAB函式名索引·251
術語索引·255