數(shù)學分析原理:面向計算機專業(yè)(原書第2版)
定 價:109 元
叢書名:華章數(shù)學譯叢
這本易于理解的教科書/參考書從算法的角度簡要介紹了數(shù)學分析,特別著重于分析的應用和數(shù)學建模的各個方面。 不僅描述了數(shù)學理論以及數(shù)值分析的基本概念和方法,還包含大量使用MATLAB、Python、Maple和Java applet的計算機實驗。 本版進行了大量更新和擴展,提供更多的編程練習。
第 2 版前言 很高興 Springer 出版社能夠出版 Analysis for Computer Scientists 的第 2 版. 我們仍然 確信,在第 1 版中開發(fā)的算法是呈現(xiàn)分析主題的恰當方法. 因此,此處并沒有做較大的改變. 但本次修訂添加和更新了部分材料,特別是增加了雙曲函數(shù)并給出了一些空間曲線和曲面 的細節(jié). 增加了兩節(jié)新內容:一節(jié)是有關二階微分方程的,另一節(jié)是有關擺方程的. 此外,練 習部分也做了相當大的擴展,統(tǒng)計數(shù)據(jù)也進行了適當更新. 由于 Matlab 程序對本書概念非常重要,所以我們決定額外用 Python 實現(xiàn)這些程序以 方便讀者閱讀. 感謝 Springer 出版社的編輯,特別是 Simon Rees 和 Wayne Wheeler,感謝他們在第 2 版 準備過程中的支持. Michael Oberguggenberger Alexander Ostermann 于奧地利因斯布魯克 2018 年 3 月第 1 版前言 數(shù)學和數(shù)學模型在計算機科學中至關重要. 因此,必須要重新考慮計算機科學專業(yè)講授的 數(shù)學概念,并且適當?shù)剡x擇相關材料,調整學習動機. 這尤其適用于數(shù)學分析,分析的重要性 在離散結構占主導的環(huán)境中尤其突出. 一方面,計算機科學專業(yè)的數(shù)學分析課程必須涵蓋必要 的基礎知識;另一方面,它必須傳達數(shù)學分析在應用,特別是計算機科學家在其專業(yè)生涯中將 會遇到的應用中的重要性. 我們認為有必要更新計算機科學中數(shù)學教學的原則,并根據(jù)當代的要求對教學進行重組. 這本基于以下概念編寫的教材就試圖對這一問題給出答案: 1. 算法方法; 2. 簡潔的陳述; 3. 將數(shù)學軟件作為一個重要組成部分融入書中; 4. 強調建模和分析的應用. 本書涉及數(shù)學、計算機科學和應用. 在這一領域中,算法思維非常重要. 本書選擇的算法 圍繞以下幾方面: a. 從算法的角度建立分析學中的概念; b. 使用 Matlab、maple 及 Java 程序進行演示和解釋; c. 通過計算機實驗和編程練習激發(fā)讀者主動了解相關主題; d. 與基本概念和數(shù)值分析方法結合的數(shù)學理論. 簡潔的陳述意味著本書主要介紹各主題的基本思想. 例如,本書不討論一般冪級數(shù)的收斂 性理論,但會給出泰勒展開式余項的估計. (本書之所以介紹泰勒展開式,是因為它是建模和 數(shù)值分析過程中不可或缺的方法. )考慮到易讀性,只有能夠引入基本思想并對理解概念有貢 獻的證明才會在正文中給出細節(jié). 繼續(xù)上面的例子,泰勒展開式余項的積分表示利用分部積分 方法進行了推導. 與此相反,需要用到積分中值定理的拉格朗日型的余項則被忽略了. 盡管如 此,本書努力保持內容的自洽性. 本書特別強調幾何直觀性,這可以通過書中大量的圖示看出. 本書涵蓋了從數(shù)學分析基礎知識到有趣應用的所有內容(同樣是站在計算機科學的角度進 行選擇的),例如分形、L 系統(tǒng)、曲線和曲面、線性回歸、微分方程和動力系統(tǒng). 這些主題為數(shù) 學模型提供了堅實的基礎. 本書英文版是在 2005 年(第 2 版在 2009 年)出版的德文原版的一個譯本. 本書保持了德 文原版的結構,但對部分內容的表述做了一些改進. 本書的內容如下:第 1~8 章、第 10~12 章和第 14~17 章介紹分析學的基本概念,第 9 章、 第 13 章和第 18~21 章介紹重要的應用和很多高級的主題. 附錄 A 和 B 匯總了一些向量和矩VI 陣代數(shù)中的工具,附錄 C 給出了正文內容中有意忽略的一些細節(jié). 書中所用的軟件是本書概念 的組成部分,在附錄 D 中對它們進行了匯總. 每一章開始都有一個簡要的介紹. 計算機實驗進 一步豐富了書中的內容,激發(fā)讀者主動學習相關的主題. 最后,每一章都給出了練習,其中的 一半都需要借助計算機程序來完成. 感謝 Elisabeth Bradley 對本書翻譯提供的幫助. 感謝 Springer 出版社的編輯,特別是 Simon Rees 和 Wayne Wheeler,感謝他們在準備本書的英文文檔時提供的支持和建議. Michael Oberguggenberger Alexander Ostermann 于奧地利因斯布魯克 2011 年 1 月
目 錄 譯者序 第 2 版前言 第 1 版前言 第 1 章 數(shù) 1 1.1 實數(shù) 1 1.2 序關系和 R 上的算術 4 1.3 機器數(shù) 7 1.4 舍入 8 1.5 練習 9 第 2 章 實值函數(shù) 11 2.1 基本概念 11 2.2 一些初等函數(shù) 14 2.3 練習 21 第 3 章 三角學 24 3.1 三角形中的三角函數(shù) 24 3.2 三角函數(shù)推廣到 R 上 26 3.3 環(huán)形函數(shù) 28 3.4 練習 30 第 4 章 復數(shù) 33 4.1 復數(shù)的概念 33 4.2 復指數(shù)函數(shù) 35 4.3 復函數(shù)的映射性質 37 4.4 練習 38 第 5 章 序列和級數(shù) 40 5.1 無窮序列的概念 40 5.2 實數(shù)集的完備性 45 5.3 無窮級數(shù) 47 5.4 補充材料:序列的聚點 50 5.5 練習 53 第 6 章 函數(shù)的極限和連續(xù) 56 6.1 連續(xù)的概念 56 6.2 三角函數(shù)的極限 59 6.3 連續(xù)函數(shù)的零點 61 6.4 練習 63 第 7 章 函數(shù)的導數(shù) 65 7.1 動機 65 7.2 導數(shù) 66 7.3 導數(shù)的解釋 70 7.4 微分法則 72 7.5 數(shù)值微分 78 7.6 練習 82 第 8 章 導數(shù)的應用 84 8.1 曲線繪制 84 8.2 牛頓法 88 8.3 通過原點的回歸線 92 8.4 練習 94 第 9 章 分形和 L 系統(tǒng) 97 9.1 分形 97 9.2 曼德布羅特集 103 9.3 茹利亞集 104 9.4 C 中的牛頓法 105 9.5 L 系統(tǒng) 106 9.6 練習 109 第 10 章 積分 110 10.1 不定積分 110 10.2 積分公式 112 10.3 練習 115 第 11 章 定積分 117 11.1 黎曼積分 117 11.2 微積分基本定理 122 11.3 定積分的應用 124 11.4 練習 126 第 12 章 泰勒級數(shù) 128 12.1 泰勒公式 128 12.2 泰勒定理 131 12.3 泰勒公式的應用 132 12.4 練習 134 第 13 章 數(shù)值積分 136 13.1 求積公式 136 13.2 精度與計算成本 140 13.3 練習 142 第 14 章 曲線 144 14.1 平面中的參數(shù)化曲線 144 14.2 弧長和曲率 150 14.3 極坐標中的平面曲線 156 14.4 參數(shù)化的空間曲線 158 14.5 練習 160 第 15 章 二元標量值函數(shù) 164 15.1 圖像與部分映射 164 15.2 連續(xù)性 166 15.3 偏導數(shù) 167 15.4 弗雷歇導數(shù) 170 15.5 方向導數(shù)與梯度 174 15.6 二元函數(shù)泰勒公式 176 15.7 局部極大值和極小值 177 15.8 練習 180 第 16 章 二元向量值函數(shù) 183 16.1 向量場及雅可比矩陣 183 16.2 二元牛頓法 185 16.3 參數(shù)曲面 187 16.4 練習 189 第 17 章 二元函數(shù)的積分 191 17.1 二重積分 191 17.2 二重積分的應用 196 17.3 變換公式 198 17.4 練習 201 第 18 章 線