《數(shù)學(xué)物理方法》是在蘭州大學(xué)“數(shù)學(xué)物理方法”課程所用講義基礎(chǔ)上編纂而成!稊(shù)學(xué)物理方法》緊密結(jié)合物理教學(xué)實(shí)際,闡述簡明、條理清晰,主要涉及線性空間、復(fù)變函數(shù)及數(shù)學(xué)物理方程等內(nèi)容。《數(shù)學(xué)物理方法》在兼顧基本知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,力圖更加詳盡地闡述基本概念,盡力做到與物理學(xué)應(yīng)用相關(guān)的數(shù)學(xué)方法均給予介紹,并給出這些數(shù)學(xué)工具必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
《數(shù)學(xué)物理方法》可作為高等學(xué)校物理類專業(yè)數(shù)學(xué)物理方法課程的教材,也可供有關(guān)專業(yè)的研究生、教師和科技人員參考。
本書是在筆者在蘭州大學(xué)多年講授“數(shù)學(xué)物理方法”所使用的講義的基礎(chǔ)上改編而成的。在編寫中,主要針對(duì)物理系的學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及物理類本科專業(yè)后續(xù)課程所需的數(shù)學(xué)工具,來安排重點(diǎn)內(nèi)容,例如針對(duì)多數(shù)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)分析中“場論”這部分知識(shí)的不足及這部分內(nèi)容對(duì)物理學(xué)的重要性,專門安排了一篇“線性空間與線性算子”的內(nèi)容。這部分內(nèi)容在寫法上,首先闡明了幾何學(xué)的分析原理與物理學(xué)的規(guī)律都具有不依賴于坐標(biāo)選擇的共同本性,因此用幾何學(xué)分析的方法來描述物理規(guī)律,是數(shù)學(xué)物理中必然的途徑之一,在這方面?zhèn)ゴ蟮奈锢韺W(xué)家愛因斯坦(A.Einstein)給我們做出了光輝的示范。在這一思想的指導(dǎo)下,從幾何學(xué)的角度講述了三維歐氏空間的向量代數(shù)與向量分析及其與物理學(xué)的聯(lián)系。著重講了物理學(xué)中常用到的標(biāo)量場的梯度、向量場的散度與旋度的幾何意義與物理涵義,并從幾何學(xué)中“度量”的角度出發(fā),導(dǎo)出了這些幾何量在一般曲線坐標(biāo)系下的表達(dá)式,具體給出了它們在柱坐標(biāo)系及球坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)表達(dá)。
在這一篇中還給出了學(xué)習(xí)量子物理學(xué)中的所需要的線性空間和線性算子的一些基本性質(zhì)及基本運(yùn)算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本篇的內(nèi)容對(duì)后續(xù)物理課程(特別是電動(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)課程)所需的線性空間和線性算子的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),給出了一個(gè)較有系統(tǒng)的簡潔實(shí)用的基礎(chǔ)知識(shí)體系,免去了后續(xù)課程中講授時(shí)對(duì)不足的數(shù)學(xué)知識(shí)做較為零碎的補(bǔ)課。除第一篇外,按國內(nèi)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理方法教程的基本內(nèi)容,分成了第二篇復(fù)變函數(shù);第三篇積分變換與8函數(shù);第四篇數(shù)學(xué)物理方程和第五篇變分法初步。
本書在基本的知識(shí)點(diǎn)上,力圖講清基本概念,盡量做到凡與物理學(xué)應(yīng)用相關(guān)的數(shù)學(xué)方法均給予介紹,并給出這些數(shù)學(xué)工具必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。為了便于學(xué)生閱讀,在基本概念的論述和基本運(yùn)算上給出了較詳盡的說明和詳細(xì)的推導(dǎo)步驟。
本書較少涉及以上五篇內(nèi)容的數(shù)學(xué)理論,更多的是給出相應(yīng)內(nèi)容的運(yùn)算微積。這可能從數(shù)學(xué)的角度看來會(huì)損失數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性,但從物理上的應(yīng)用來看,可使學(xué)物理的學(xué)生在了解這些數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)框架的基礎(chǔ)上,學(xué)會(huì)其在物理上的應(yīng)用,并且在此基礎(chǔ)上能有進(jìn)一步學(xué)習(xí)新的知識(shí)及其應(yīng)用的能力,而不求全于純數(shù)學(xué)定理的證明。當(dāng)然在全書的內(nèi)容上,涉及近代發(fā)展起來的與科技應(yīng)用密切結(jié)合的某些本科生可接受的內(nèi)容上,如非線性方程和小波變換等,也做了簡單的介紹。
……
第一篇 線性空間及線性算子
第一章 R3空間的向量分析
§1.1 向量的概念
§1.2 R3空間的向量代數(shù)
§1.3 R3空間的向量分析
§1.4 R3空間中向量分析的一些重要公式
第一章習(xí)題
第二章 R3空間曲線坐標(biāo)系中的向量分析
§2.1 R3空間中的曲線坐標(biāo)系
§2.2 曲線坐標(biāo)系中的度量
§2.3 曲線坐標(biāo)系中標(biāo)量場梯度的表達(dá)式
§2.4 曲線坐標(biāo)系中向量場散度的表達(dá)式
§2.5 曲線坐標(biāo)系中向量場旋度的表達(dá)式
§2.6 曲線坐標(biāo)系中Laplace(拉普拉斯)算符V:的表達(dá)式
第二章習(xí)題
第三章 線性空間
§3.1 線性空間的定義
§3.2 線性空間的內(nèi)積
§3.3 Hilbert(希爾伯特)空間
§3.4 線性算符
§3.5 線性算符的本征值和本征向量
第三章習(xí)題
第二篇 復(fù)變函數(shù)
第四章 復(fù)變函數(shù)的概念
§4.1 映射
§4.2 復(fù)數(shù)
§4.3 復(fù)變函數(shù)
第四章習(xí)題
第五章 解析函數(shù)
§5.1 復(fù)變函數(shù)的導(dǎo)數(shù)
§5.2 復(fù)變函數(shù)的解析性
§5.3 復(fù)勢
§5.4 解析函數(shù)變換
第五章習(xí)題
第六章 復(fù)變函數(shù)積分
§6.1 復(fù)變函數(shù)的積分
§6.2 Cauchy(柯西)積分定理
§6.3 Cauchy(柯西)積分公式
§6.4 解析函數(shù)高階導(dǎo)數(shù)的積分表達(dá)式
第六章習(xí)題
第七章 復(fù)變函數(shù)的級(jí)數(shù)展開
§7.1 復(fù)變函數(shù)項(xiàng)級(jí)數(shù)
§7.2 解析函數(shù)的Taylor(泰勒)展開
§7.3 Taylor展開的理論應(yīng)用
§7.4 解析函數(shù)的Laurent(洛朗)展開
第七章習(xí)題
第八章 留數(shù)定理及其在實(shí)積分中的應(yīng)用
§8.1 留數(shù)定理
§8.2 留數(shù)的一般求法
§8.3 解析函數(shù)在無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的留數(shù)
§8.4 留數(shù)定理在實(shí)積分中的應(yīng)用
§8.5 Hilbert(希爾伯特)變換
第八章習(xí)題
第三篇 積分變換與6函數(shù)
第九章 Fourier(傅里葉)變換
§9.1 Fourier級(jí)數(shù)
§9.2 Fourier變換
§9.3 Fourier變換的基本性質(zhì)
第九章習(xí)題
第十章 Laplace(拉普拉斯)變換
§10.1 Laplace(拉普拉斯)變換
……
第四篇 數(shù)學(xué)物理方程
第五篇 變分法初步
附錄:分離變量法
主要參考文獻(xiàn)