本書是研究分數(shù)微積分的經典書籍,致力于論述任意實數(shù)階導數(shù)和積分概念、任意實數(shù)階微積分方程以及它們在不同領域的應用。主要目的是為讀者展示分數(shù)微積分、分數(shù)微分方程及其解法與應用的基本概念與理論。全書共分七部分,包括分數(shù)微積分中的特殊函數(shù)、分數(shù)導數(shù)的經典定義與積分變換、分數(shù)階系統(tǒng)描述與線性分數(shù)微分方程理論及其求解算法、分數(shù)階控制理論與應用、分數(shù)階元件與復雜系統(tǒng)行為過程的數(shù)學建模、分形與分抗、分數(shù)階電路與系統(tǒng)等。
Igor Podlubny為斯洛伐克科希策理工大學教授,應用數(shù)學博士,專注于研究數(shù)學在其他領域的應用,特別是對任意階微分方程的應用。
袁曉,1964年生,四川中江人,工學博士,四川大學電子信息學院副教授。目前主要從事現(xiàn)代電路系統(tǒng)理論與技術、現(xiàn)代信號分析與處理等方面的研究與教學。近年來,致力于探索并建立表征與分析、理解與構造分數(shù)階(電路)元件、分抗逼近電路、分數(shù)階電路與系統(tǒng)等的一般數(shù)學原理與方法。提出標度拓展理論,探索與建立非正則標度方程相關理論與求解方法。
第1章分數(shù)微積分中使用的特殊函數(shù)
1.1伽馬函數(shù)
1.1.1伽馬函數(shù)的定義
1.1.2伽馬函數(shù)的一些性質
1.1.3伽馬函數(shù)的極限表示
1.1.4貝塔函數(shù)
1.1.5圍線積分表示
1.1.61/Γ(z)的圍線積分表示
1.2米塔-列夫勒函數(shù)
1.2.1定義及其一些函數(shù)關系
1.2.2雙參量米塔-列夫勒函數(shù)的拉普拉斯變換
1.2.3米塔-列夫勒函數(shù)的導數(shù)
1.2.4有關米塔-列夫勒函數(shù)的微分方程
1.2.5求和公式
1.2.6米塔-列夫勒函數(shù)的積分
1.2.7漸近展開
1.3賴特函數(shù)
1.3.1賴特函數(shù)的定義
1.3.2賴特函數(shù)的積分表達式
1.3.3賴特函數(shù)與其他函數(shù)的關系
第2章分數(shù)導數(shù)與分數(shù)積分
2.1基本概念與名稱
2.2格林瓦爾-萊特尼科夫分數(shù)導數(shù)
2.2.1整數(shù)階導數(shù)與積分的統(tǒng)一定義
2.2.2任意階積分
2.2.3任意階導數(shù)
2.2.4(t-a)β的分數(shù)導數(shù)
2.2.5具有整數(shù)階導數(shù)的復合運算
2.2.6分數(shù)導數(shù)的復合運算
2.3黎曼-劉維爾分數(shù)導數(shù)
2.3.1整數(shù)階導數(shù)與積分的統(tǒng)一定義
2.3.2任意階積分
2.3.3任意階導數(shù)
2.3.4(t-a)β的分數(shù)導數(shù)
2.3.5黎曼-劉維爾分數(shù)導數(shù)與整數(shù)階導數(shù)的復合運算
2.3.6分數(shù)導數(shù)的復合運算
2.3.7黎曼-劉維爾定義與格林瓦爾-萊特尼科夫定義之間的關系
2.4其他一些定義
2.4.1卡普途分數(shù)導數(shù)
2.4.2廣義函數(shù)法
2.5序貫分數(shù)導數(shù)
2.6左和右分數(shù)導數(shù)
2.7分數(shù)導數(shù)的性質
2.7.1線性性質
2.7.2分數(shù)導數(shù)的萊布尼茨法則
2.7.3復合函數(shù)的分數(shù)導數(shù)
2.7.4單參量積分的黎曼-劉維爾分數(shù)導數(shù)
2.7.5下端點附近的行為
2.7.6遠離下端點的行為
2.8分數(shù)導數(shù)的拉普拉斯變換
2.8.1拉普拉斯變換的基本知識
2.8.2黎曼-劉維爾分數(shù)導數(shù)的拉普拉斯變換
2.8.3卡普途分數(shù)導數(shù)的拉普拉斯變換
2.8.4格林瓦爾-萊特尼科夫分數(shù)導數(shù)的拉普拉斯變換
2.8.5米勒-羅斯序貫分數(shù)導數(shù)的拉普拉斯變換
2.9分數(shù)導數(shù)的傅里葉變換
2.9.1傅里葉變換的基本知識
2.9.2分數(shù)積分的傅里葉變換
2.9.3分數(shù)導數(shù)的傅里葉變換
2.10分數(shù)導數(shù)的梅林變換
2.10.1梅林變換的基本知識
2.10.2黎曼-劉維爾分數(shù)積分的梅林變換
2.10.3黎曼-劉維爾分數(shù)導數(shù)的梅林變換
2.10.4卡普途分數(shù)導數(shù)的梅林變換
2.10.5米勒-羅斯分數(shù)導數(shù)的梅林變換
第3章分數(shù)微分方程:解的存在性與唯一性定理
3.1線性分數(shù)微分方程
3.2一般形式的分數(shù)微分方程
3.3作為解法的存在性與唯一性定理
3.4解與初始條件的依賴關系
第4章分數(shù)微分方程:拉普拉斯變換法
4.1標準分數(shù)微分方程
4.1.1常線性分數(shù)微分方程
4.1.2偏線性分數(shù)微分方程
4.2序貫分數(shù)微分方程
4.2.1常線性分數(shù)微分方程
4.2.2偏線性分數(shù)微分方程
第5章分數(shù)格林函數(shù)
5.1定義與性質
5.1.1定義
5.1.2性質
5.2單項方程
5.3雙項方程
5.4三項方程
5.5四項方程
5.6一般情況:n項方程
第6章分數(shù)階方程的其他求解方法
6.1梅林變換法
6.2冪級數(shù)法
6.2.1單項方程
6.2.2非定常系數(shù)方程
6.2.3雙項非線性方程
6.3Babenko符號演算法
6.3.1符號法的思想
6.3.2在熱傳導和物質輸運中的應用
6.3.3Babenko符號法與拉普拉斯變換法的聯(lián)系
6.4正交多項式法
6.4.1正交多項式法的核心思想
6.4.2正交多項式法的一般技巧
6.4.3里斯分數(shù)位勢
6.4.4左黎曼-劉維爾分數(shù)積分和導數(shù)
6.4.5有關左黎曼-劉維爾分數(shù)積分的其他譜系關系
6.4.6右黎曼-劉維爾分數(shù)積分的譜系關系
6.4.7蠕變理論中的Arutyunyan方程求解
6.4.8阿貝爾積分方程的求解
6.4.9有限部分積分
6.4.10與非可積權函數(shù)正交的雅可比多項式
第7章分數(shù)導數(shù)的數(shù)值計算
7.1分數(shù)階導數(shù)的黎曼-劉維爾定義與格林瓦爾-萊特尼科夫定義
7.2分數(shù)導數(shù)的逼近
7.2.1分數(shù)差分法
7.2.2求積公式的應用
7.3“短時記憶”原理
7.4逼近階
7.5系數(shù)的計算
7.6高階逼近
7.7高爐墻體內熱負荷強度變化的計算
7.7.1問題的引入
7.7.2分數(shù)階微分和積分
7.7.3熱流量的分數(shù)階導數(shù)計算法——方法A
7.7.4基于爐墻熱場模擬仿真的熱流量計算法——方法B
7.7.5解法的比較
7.8有限部分積分與分數(shù)導數(shù)
7.8.1用分數(shù)導數(shù)進行有限部分積分計算
7.8.2用有限部分積分進行分數(shù)導數(shù)計算
第8章分數(shù)微分方程的數(shù)值求解
8.1初始條件:什么問題需要求解?
8.2數(shù)值求解
8.3數(shù)值求解舉例
8.3.1弛豫-振蕩方程
8.3.2定常系數(shù)方程:浸入平板的運動
8.3.3不定系數(shù)方程:流體中氣體溶解問題
8.3.4非線性問題:半無限體的輻射冷卻
8.4“短時記憶”原理在分數(shù)微分方程初值問題中的應用
第9章分數(shù)階系統(tǒng)與控制器
9.1分數(shù)階系統(tǒng)與分數(shù)階控制器
9.1.1分數(shù)階控制系統(tǒng)
9.1.2分數(shù)階傳輸函數(shù)
9.1.3米塔-列夫勒型新函數(shù)
9.1.4一般公式
9.1.5單位沖激響應與單位階躍響應
9.1.6一些特殊情形
9.1.7PIλDμ控制器
9.1.8開環(huán)系統(tǒng)響應
9.1.9閉環(huán)系統(tǒng)響應
9.2舉例
9.2.1分數(shù)階被控系統(tǒng)
9.2.2整數(shù)階逼近
9.2.3整數(shù)階PD控制器
9.2.4分數(shù)階控制器
9.3分數(shù)階系統(tǒng)辨識
9.4小結
第10章分數(shù)微積分的應用綜述
10.1阿貝爾積分方程
10.1.1一般要點備注
10.1.2一些方程可簡化為阿貝爾方程
10.2黏彈性力學
10.2.1整數(shù)階模型
10.2.2分數(shù)階模型
10.2.3分數(shù)微積分相關方法
10.3反饋放大器的伯德分析
10.4分數(shù)階電容器理論
10.5電路
10.5.1樹分抗
10.5.2鏈分抗與串分抗
10.5.3多孔堤壩的電路模擬模型
10.5.4Westerlund廣義分壓器
10.5.5分數(shù)階Chua-Hartley系統(tǒng)
10.6電分析化學
10.7電極-電解液界面
10.8分數(shù)多極點
10.9生物學
10.9.1生物系統(tǒng)的電導性
10.9.2神經元的分數(shù)階模型
10.10分數(shù)擴散方程
10.11控制理論
10.12實驗數(shù)據(jù)擬合
10.12.1經典回歸模型的缺點
10.12.2分數(shù)導數(shù)法
10.12.3舉例:Nizna Slana礦山鋼纜
10.13“分數(shù)階”物理學
附錄A分數(shù)導數(shù)表
注譯附錄A 分數(shù)微積算子、分抗與分抗逼近電路及其運算特征
注譯附錄B Oldham分形鏈分抗逼近電路的輸入阻抗函數(shù)序列的求解方法
注譯附錄C 粗糙界面電極的電路建模與標度拓展——非正則標度方程
注譯附錄D 任意階分數(shù)算子的有理逼近——標度拓展與非正則標度方程
注譯附錄E 分數(shù)微積分的應用實現(xiàn)問題
中英文詞匯對照表
參考文獻
注譯參考文獻
注譯后記