M08 / undergraduate

常微分方程与动力系统

常微分方程与动力系统围绕第一编 一阶方程、第二编 高阶方程与线性系统、第三编 非线性动力学与综合复习建立连续章节顺序。

结构
3 编 · 6
适合读者
适合已具备基础代数与函数知识、希望完成本科层次系统学习的读者。
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BEFORE READING

先修与记号

本册对象

从初值问题进入线性系统、稳定性、相平面和非线性动力学。

先修教材

符号约定

  • 本册在首次使用时定义常微分方程与动力系统专用符号,并区分标量、向量、算子与单位。
  • 同一符号出现多种约定时明确命名空间、假设和适用章节。

CONTENTS

完整目录

PART 01

第一编 一阶方程

第一编 一阶方程组织初值问题、存在唯一性与方向场、可分离、线性与恰当方程,形成连续的学习单元。

  1. 01

    初值问题、存在唯一性与方向场

    把微分方程连同初值写成局部演化问题,用方向场解释解曲线,并区分连续性保证的存在与局部 Lipschitz 条件保证的唯一性。

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  2. 02

    可分离、线性与恰当方程

    按方程结构选择变量分离、积分因子与恰当微分方法,逐步处理定义域、积分常数、初值代入和隐式解的有效区间。

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PART 02

第二编 高阶方程与线性系统

第二编 高阶方程与线性系统组织高阶线性方程与常系数方法、线性系统、矩阵指数与相平面,形成连续的学习单元。

  1. 03

    高阶线性方程与常系数方法

    由叠加原理和线性无关解构造通解,使用特征方程处理实根、重根与共轭复根,并用待定系数法求典型受迫响应。

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  2. 04

    线性系统、矩阵指数与相平面

    把高阶方程改写为一阶系统,通过矩阵指数、特征值与特征向量描述轨线,并按谱结构区分结点、鞍点、螺旋点和中心。

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PART 03

第三编 非线性动力学与综合复习

第三编 非线性动力学与综合复习组织稳定性、Lyapunov 方法与分岔、常微分方程与动力系统综合复习,形成连续的学习单元。

  1. 05

    稳定性、Lyapunov 方法与分岔

    用扰动定义稳定与渐近稳定,结合线性化和 Lyapunov 函数判断平衡点,并以一维正规形说明鞍结、跨临界与叉形分岔。

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  2. 06

    常微分方程与动力系统综合复习

    从建模、解法、相平面到稳定性组织同一动力问题,比较解析解、定性结论和数值近似各自能回答的问题及其适用边界。

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综合练习

  • 每章安排定义辨析、推导计算和结果核验练习。
  • 本册末章安排跨 Part 综合题,并保留可复算的解题检查点。

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