本書(shū)是101計(jì)劃的物理專(zhuān)業(yè)課程核心教材,是在《數(shù)學(xué)物理方法(第三版)》的基礎(chǔ)上改造,從課程在整個(gè)物理專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的定位出發(fā),根據(jù)101計(jì)劃的指導(dǎo)思想編寫(xiě)。本課程立足于在高等數(shù)學(xué)和普通物理的基礎(chǔ)上,為學(xué)習(xí)后繼課程(如電動(dòng)力學(xué)和量子力學(xué))做準(zhǔn)備。且本教材增加了與后繼課程的銜接,添加了若干與后繼課程相關(guān)的例題。
本書(shū)共分為三個(gè)部分,第一部分是復(fù)變函數(shù),共10章。第二部分是數(shù)學(xué)物理方程,共11章。第三部分是選讀材料匯編,共2章。本書(shū)內(nèi)容融入了作者在長(zhǎng)期教學(xué)中的思考與沉淀,在若干問(wèn)題上才用了不同于傳統(tǒng)教材的講法。
本書(shū)還提供全部?jī)?nèi)容的課程錄像,以及大量的課外閱讀材料,這些內(nèi)容都將以數(shù)字化資源的形式出現(xiàn)。
吳崇試
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1938年生,1962年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系。北京大學(xué)物理學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師。享受政府特殊津貼。一直從事數(shù)學(xué)物理方法課程的教學(xué)工作,擔(dān)任課程主持人直至退休。1996—2016年擔(dān)任高校數(shù)學(xué)物理方法研究會(huì)理事長(zhǎng)。編著有《數(shù)學(xué)物理方法》《數(shù)學(xué)物理方法習(xí)題指導(dǎo)》《數(shù)學(xué)物理方法題解》《數(shù)學(xué)物理方法專(zhuān)題――復(fù)變函數(shù)與積分變換》《數(shù)學(xué)物理方法專(zhuān)題――數(shù)理方程與特殊函數(shù)》《和式與積分集錄》等著作。
“數(shù)學(xué)物理方法”課程是北京大學(xué)優(yōu)秀主干基礎(chǔ)課程。2003年評(píng)為北京市高等學(xué)校精品課程,2004年評(píng)為國(guó)·家·級(jí)精品課程,2013年又評(píng)為國(guó)·家·級(jí)資源共享課程,并獲得2004年北京大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)以及2004年北京市教育教學(xué)成果(高等教育)一等獎(jiǎng)。2023年課程錄像(慕課)被評(píng)為(第二批)國(guó)·家·級(jí)線上一流課程。
高春媛
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北京大學(xué)物理學(xué)院技術(shù)物理系副教授,長(zhǎng)期在北京大學(xué)講授“數(shù)學(xué)物理方法”課程以及北京大學(xué)工學(xué)院“近代物理”課程。主要研究方向?yàn)槔碚摵宋锢砑凹す馕锢,尤其是X射線激光和γ射線激光。
第一部分 復(fù)變函數(shù)
第一章復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù)
x1.1 預(yù)備知識(shí): 復(fù)數(shù)與復(fù)數(shù)運(yùn)算
x1.2 復(fù)數(shù)序列
x1.3 復(fù)變函數(shù)
x1.4 無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)
¤x1.5 正十七邊形的尺規(guī)作圖問(wèn)題
習(xí)題
第二章解析函數(shù)
x2.1 復(fù)變函數(shù)的極限和連續(xù)
x2.2 可導(dǎo)與可微
x2.3 解析函數(shù)
x2.4 初等函數(shù)
¤x2.5 解析函數(shù)的保角性
x2.6 多值函數(shù)
習(xí)題
第三章復(fù)變積分
x3.1 復(fù)變積分
x3.2 Cauchy 定理
x3.3 兩個(gè)常用的引理
x3.4 Cauchy積分公式
x3.5 Cauchy 型積分
x3.6 解析函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)公式以及Cauchy 積分公式的其他推論
x3.7 含參量積分的解析性
¤x3.8 Poisson 公式
¤x3.9 色散關(guān)系
習(xí)題
第四章無(wú)窮級(jí)數(shù)
x4.1 復(fù)數(shù)級(jí)數(shù)
x4.2 二重級(jí)數(shù)
x4.3 函數(shù)級(jí)數(shù)
x4.4 冪級(jí)數(shù)
x4.5 含參量的反常積分的解析性
¤x4.6 發(fā)散級(jí)數(shù)與漸近級(jí)數(shù)
習(xí)題
第五章解析函數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù)展開(kāi)
x5.1 解析函數(shù)的Taylor 展開(kāi)
x5.2 Taylor 級(jí)數(shù)求法舉例
x5.3 解析函數(shù)的零點(diǎn)孤立性和解析函數(shù)的唯一性
x5.4 解析函數(shù)的Laurent 展開(kāi)
x5.5 Laurent 級(jí)數(shù)求法舉例
x5.6 單值函數(shù)的孤立奇點(diǎn)
x5.7 解析延拓
¤x5.8 Bernoulli 數(shù)和Euler 數(shù)
x5.9 半純函數(shù)的有理分式展開(kāi)
習(xí)題
第六章留數(shù)定理及其應(yīng)用
x6.1 留數(shù)定理
x6.2 有理三角函數(shù)的積分
x6.3 無(wú)窮積分
x6.4 含三角函數(shù)的無(wú)窮積
x6.5 計(jì)算含三角函數(shù)無(wú)窮積分的新方法
x6.6 積分路徑上有奇點(diǎn)的情形
x6.7 涉及多值函數(shù)的復(fù)變積分
¤x6.8 其他形式的積分圍道
¤x6.9 應(yīng)用留數(shù)定理計(jì)算無(wú)窮級(jí)數(shù)的和
習(xí)題¢
第七章?函數(shù)
x7.1 ? 函數(shù)的定義
x7.2 ? 函數(shù)的基本性質(zhì)
x7.3 函數(shù)
x7.4 B 函數(shù)
¤x7.5 一類(lèi)無(wú)窮積分的變換公式
x7.6 ? 函數(shù)的普遍表達(dá)式
¤x7.7 ? 函數(shù)的漸近展開(kāi)
¤x7.8 Riemann 函數(shù)和M?obius 變換
習(xí)題
第八章二階線性常微分方程的冪級(jí)數(shù)解法
x8.1 二階線性常微分方程的常點(diǎn)和奇點(diǎn)
x8.2 方程常點(diǎn)鄰域內(nèi)的解
x8.3 方程正則奇點(diǎn)鄰域內(nèi)的解
x8.4 Riemann P-方程和超幾何方程的解
x8.5 合流超幾何方程的解
¤x8.6 方程非正則奇點(diǎn)鄰域內(nèi)的解
x8.7 二階線性常微分方程的不變式
x8.8 冪級(jí)數(shù)展開(kāi)與常微分方程
¤x8.9 常微分方程的積分解法
習(xí)題
第九章Fourier 變換
x9.1 Fourier 變換的定義
x9.2 Fourier 變換的基本性質(zhì)
x9.3 Fourier 變換的Parseval 公式與卷積公式
x9.4 δ函數(shù)
x9.5 利用δ函數(shù)計(jì)算無(wú)窮積分
x10.6 Laplace 型常微分方程的積分解法
習(xí)題
第十章Laplace 變換
x10.1 Laplace 變換的定義
x10.2 Laplace 變換的基本性質(zhì)
x10.3 Laplace 變換的反演
x10.4 普遍反演公式
¤x10.5 利用Laplace 變換計(jì)算級(jí)數(shù)和
x10.6 Laplace 型常微分方程的積分解法
習(xí)題
第二部分?jǐn)?shù)學(xué)物理方程
第十一章數(shù)學(xué)物理方程和定解條件
x11.1 波動(dòng)方程
x11.2 熱傳導(dǎo)方程
x11.3 穩(wěn)定問(wèn)題
x11.4 定解條件
x11.5 定解問(wèn)題的適定性
習(xí)題
第十二章線性偏微分方程的通解
¤x12.1 線性方程解的疊加性
¤x12.2 常系數(shù)線性齊次偏微分方程的通解
¤x12.3 常系數(shù)線性非齊次偏微分方程的通解
¤x12.4 特殊的變系數(shù)線性齊次偏微分方程
¤x12.5 波動(dòng)方程的行波解
¤x12.6 波的耗散和色散
¤x12.7 熱傳導(dǎo)方程的定性討論
¤x12.8 Laplace 方程的定性討論
習(xí)題
第十三章分離變量法
x13.1 兩端固定弦的自由振動(dòng)
¤x13.2 分離變量法的物理詮釋
x13.3 矩形區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定問(wèn)題
x13.4 多于兩個(gè)自變量的定解問(wèn)題
x13.5 兩端固定弦的受迫振動(dòng)
x13.6 非齊次邊界條件的齊次化
習(xí)題
第十四章正交曲面坐標(biāo)系
x14.1 正交曲面坐標(biāo)系
x14.2 正交曲面坐標(biāo)系中的Laplace 算符
x14.3 Laplace 算符的平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和反射不變性
x14.4 圓形區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定問(wèn)題
¤x14.5 矢量波動(dòng)方程和矢量Helmholtz 方程
習(xí)題
第十五章常微分方程的本征值問(wèn)題
x15.1 自伴算符的本征值問(wèn)題
x15.2 Sturm-Liouville 型方程的本征值問(wèn)題
x15.3 Sturm-Liouville 型方程本征值問(wèn)題的簡(jiǎn)并現(xiàn)象
x15.4 從Sturm-Liouville 型方程的本征值問(wèn)題看分離變量法
習(xí)題
第十六章球函數(shù)
x16.1 Helmholtz 方程在球坐標(biāo)系下的分離變量
x16.2 Legendre 方程的解
x16.3 Legendre 多項(xiàng)式
x16.4 Legendre 多項(xiàng)式的微分表示
x16.5 Legendre 多項(xiàng)式的正交完備性
x16.6 Legendre 多項(xiàng)式的生成函數(shù)
x16.7 Legendre 多項(xiàng)式的遞推關(guān)系
x16.8 Legendre 多項(xiàng)式的Christo?el 型和式
x16.9 Legendre 多項(xiàng)式應(yīng)用舉例
x16.10 連帶Legendre 函數(shù)
x16.11 球面調(diào)和函數(shù)
x16.12 量子力學(xué)中的軌道角動(dòng)量
¤x16.13 連帶Legendre 函數(shù)的加法公式
¤x16.14 關(guān)于正交多項(xiàng)式的一般討論
第十七章柱函數(shù)
x17.1 Helmholtz 方程在柱坐標(biāo)系下的分離變量
x17.2 Bessel 方程的解: Bessel 函數(shù)和Neumann 函數(shù)
x17.3 Bessel 函數(shù)的遞推關(guān)系
x17.4 Bessel 函數(shù)的漸近展開(kāi)
x17.5 整數(shù)階Bessel 函數(shù)的生成函數(shù)和積分表示
x17.6 Bessel 方程的本征值問(wèn)題
¤x17.7 虛宗量Bessel 函數(shù)
x17.8 半奇數(shù)階Bessel 函數(shù)
x17.9 球Bessel函數(shù)
x17.10 冪級(jí)數(shù)展開(kāi)與偏微分方程
習(xí)題
第十八章積分變換的應(yīng)用
x18.1 Laplace 變換的應(yīng)用
x18.2 Fourier 變換的應(yīng)用
¤x18.3 半無(wú)界空間的情形
x18.4 關(guān)于積分變換的一般討論
¤x18.5 小波變換簡(jiǎn)介
習(xí)題
第十九章求解微分方程定解問(wèn)題的Green 函數(shù)方法
x19.1 二階常微分方程的Green 函數(shù)
x19.2 常微分方程初值問(wèn)題的Green 函數(shù)
x19.3 常微分方程邊值問(wèn)題的Green 函數(shù)
x19.4 偏微分方程定解問(wèn)題Green 函數(shù)的概念
x19.5 穩(wěn)定問(wèn)題Green 函數(shù)的一般性質(zhì)
x19.6 三維無(wú)界空間Helmholtz 方程的Green 函數(shù)
x19.7 圓內(nèi)Poisson 方程第一邊值問(wèn)題的Green 函數(shù)
¤x19.8 波動(dòng)方程的Green 函數(shù)
¤x19.9 熱傳導(dǎo)方程的Green 函數(shù)
習(xí)題
第二十章變分法初步
x20.1 泛函的概念
x20.2 泛函的極值
x20.3 泛函的條件極值
x20.4 微分方程定解問(wèn)題和本征值問(wèn)題的變分形式
¤x20.5 變邊值問(wèn)題
x20.6 Rayleigh-Ritz 方法
習(xí)題
第二十一章數(shù)學(xué)物理方程綜
x21.1 二階線性偏微分方程的分類(lèi)
x21.2 線性偏微分方程解法述評(píng)
¤x21.3 非線性偏微分方程問(wèn)題
習(xí)題
第三部分選讀材料匯編
第二十二章線性微分算符的本征值問(wèn)題
x22.1 度量空間
x22.2 賦范線性空間與內(nèi)積空間
x22.3 Hilbert 空間
x22.4 線性算符
x22.5 Hilbert 空間上的線性算符
x22.6 線性微分算符
x22.7 Sturm-Liouville 型方程的本征值問(wèn)題
x22.8 奇異的本征值問(wèn)題
第二十三章廣義函數(shù)
x23.1 線性泛函
x23.2 廣義函數(shù)
x23.3 廣義函數(shù)的基本運(yùn)算
x23.4 奇異廣義函數(shù)δ
x23.5 廣義函數(shù)序列的收斂性
x23.6 奇異廣義函數(shù)1/x
x23.7 廣義函數(shù)中的微分方程
x23.8 常微分方程初值問(wèn)題的Green 函數(shù)
x23.9 常微分方程邊值問(wèn)題的Green 函數(shù)
x23.10 Green 函數(shù)的本征函數(shù)展開(kāi)
參考書(shū)目
索引