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《微分方程、建模与仿真基础教程(第三版)》是一部面向工程与科学领域学生的经典教材,聚焦微分方程的核心理论、实际建模方法及仿真应用,旨在帮助读者建立从物理现象到数学描述的思维桥梁,掌握解决工程实际问题的实用工具。
全书以 "淡化纯理论,强化实用性" 为编写原则,避免复杂的数学推导,重点突出微分方程在工程系统中的起源与应用。开篇通过物理基本原理和实验观测案例,阐明微分方程如何描述工程现象,随后系统讲解经典解法与拉普拉斯变换法等解析方法,同时覆盖难以直接求得解析解的微分方程组求解技巧,形成完整的知识体系。
第三版在保留核心框架的基础上进行了全面升级:重新修订 "一阶和二阶系统响应" 章节,新增阶跃变化、脉冲、矩形脉冲和正弦激励函数的响应分析,引入伯德图用于二阶常微分方程的频率响应分析及耦合二阶系统的振荡模态原理;补充了弹簧与阻尼器的串联和并联相关内容,新增 Simulink 软件应用与建模专题;设计了可作为课程项目的实操习题,并提供大量章末习题的参考答案,同时更新了全书案例与知识点表述,提升教学适用性。
教材结构清晰,逻辑递进:前四章奠定理论基础,涵盖微分方程的定义、建模入门、经典解法与拉普拉斯变换;第五章深入分析一阶和二阶系统对各类激励的响应特性;第六至十章聚焦具体工程系统建模,包括平移机械系统、旋转机械系统、质量平衡系统、生物工程过程、热系统和电气系统,每章均遵循 "物理定律 — 元件方程 — 实例分析" 的统一结构,便于读者掌握建模规范;第十一章介绍数值仿真方法,通过实例演示如何利用数值手段求解复杂模型,实现理论与实践的结合。
本书的显著特色在于将数学理论与工程实践紧密结合,所有案例均源自真实工程场景,如混合罐液位控制、机械振动系统、电路暂态分析等,帮助读者理解微分方程的实际意义。同时,教材注重培养读者的建模思维,强调从物理定律出发,结合现象描述与实验事实构建模型的完整流程,并通过 "方程 — 未知量 — 自由度" 的分析方法,帮助读者建立严谨的建模逻辑。
配套资源丰富,为授课教师提供习题解答手册和书中所有图表文件,可通过 Routledge 官网获取支持材料,助力教学开展。无论是化学工程、机械工程、电气工程等专业的本科生,还是从事工程建模与仿真工作的技术人员,都能从本书中获得系统的知识与实用的方法,提升利用微分方程解决实际问题的能力。
本书适合作为高等院校工程类、理科类专业 "微分方程" 或 "系统建模与仿真" 课程的教材,也可作为工程技术人员的参考用书,帮助读者夯实理论基础、提升工程实践与仿真应用能力。