CO1:应用矩阵理论和向量微积分的概念。 CO2:开发求解微分方程的分析方法。 CO3:应用有限差分和有限体积法求解微分方程。 CO4:在工程问题中实施分析和计算技术。矩阵线性方程组的数学运算、一致性 - 向量空间、线性相关性和独立性、基础和维度 - 线性变换 - 投影 - 正交矩阵、正定矩阵、特征值和特征向量、矩阵的相似性、对角化、奇异值分解。矢量场、线积分、曲面积分 - 变量变换、格林定理、斯托克斯定理和散度定理。常微分方程 (ODE)、初值问题及其求解技术、二阶常微分方程的通解、齐次和非齐次情况、边界值问题、Sturm-Liouville 问题和 ODE 系统 - 偏微分方程 (PDE)、柯西问题、特征法、二阶 PDE 和分类、边界条件类型、热、波和拉普拉斯方程的公式和解。使用 MATLAB/python 进行 ODE 和 PDE 的数值实现 - ODE:初值问题:一阶和高阶方法、边界值问题、射击方法、数据拟合、最小二乘 - 标量传输方程的一阶和高阶数值方法、热、波和拉普拉斯方程的有限差分方法。与该计划相关的案例研究:地震波的声学模型、非均匀介质中的扩散、两个平板之间的流动发展、焊接问题、固体材料中的热传导、扩散的相场解(Allen Cahn 1D 解)、两个或多个分子与 Lennard-Jones 势相互作用的解等。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
数学是现代工程的语言,线性代数是其美国方言——不雅、实用、无处不在。本书旨在帮助工程专业的学生为人工智能、数据科学、动力系统、机器学习和其他领域的数学方面做好准备,这些领域的进步主要依赖于线性代数方法。读者在读本书时至少在微积分课程中接触过矩阵和向量。这些工具虽然已经作为计算设备为人们所熟悉,但它们包含值得仔细研究的更深层次的结构。我们的任务是在此计算能力的基础上,理解使现代工程方法成为可能的抽象框架。本书在重点和节奏上与标准线性代数课程不同。抽象向量空间出现较早,但始终服务于具体应用。奇异值分解和特征理论——对现代实践至关重要——到达了中间点,允许扩展动力学和数据科学中的应用。书中贯穿着实际例子,表明理论理解和实用实施是对称的。主题顺序平衡了教学必要性和当代相关性。线性方程组提供了一个切入点,通向向量空间和线性变换。内积和正交性构建了几何直觉,线性微分方程和迭代系统为特征分解提供了动力。奇异值分解既是理论的巅峰,也是通往强大应用的桥梁,例如主成分分析、低秩近似和神经网络。本书的存在是因为工程教育必须发展。虽然线性代数的基础保持稳定,但它们的应用却急剧扩展。今天的工程学生需要掌握抽象理论和实际实施——不仅仅是应用现有的工具,还要创造新的工具。线性代数不是终点,而是迈向更深层次数学结构的第一步。我们正是通过这个视角来探讨这个问题:作为当前实践和未来进步的门户。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 寻找特征值和特征向量 利用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数求不当积分 找出有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念寻找面积、体积 UNIT-I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩计算,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆计算,线性方程组:通过高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、利用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、利用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅在笛卡尔坐标系中)、不定积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。 UNIT-IV:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 分析序列和级数的性质。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 UNIT-I:矩阵 矩阵:矩阵的类型,对称;Hermitian;斜对称;斜 Hermitian;正交矩阵;酉矩阵;通过梯形和标准形式对矩阵进行秩计算,通过高斯-乔丹方法求非奇异矩阵的逆;线性方程组;求解齐次和非齐次方程组。高斯消元法;高斯赛德尔迭代法。第二单元:特征值和特征向量线性变换和正交变换:特征值和特征向量及其性质:矩阵的对角化;凯莱-哈密尔顿定理(无证明);用凯莱-哈密尔顿定理求矩阵的逆和幂;二次型和二次型的性质;用正交变换将二次型简化为标准形式第三单元:数列与级数序列:数列的定义,极限;收敛、发散和振荡数列。级数:收敛、发散和振荡级数;正项级数;比较检验、p 检验、D-Alembert 比率检验;Raabe 检验;柯西积分检验;柯西根检验;对数检验。交错级数:莱布尼茨检验;交替收敛级数:绝对收敛和条件收敛。 UNIT-IV:微积分中值定理:罗尔定理、拉格朗日中值定理及其几何解释和应用、柯西中值定理。泰勒级数。定积分在计算曲线旋转表面面积和体积中的应用(仅限于笛卡尔坐标系)、反常积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。 UNIT-V:多元微积分(偏微分和应用)极限和连续性的定义。偏微分;欧拉定理;全导数;雅可比矩阵;函数依赖性和独立性,使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
总课时:52 课程成果: CO1:应用矩阵理论和向量微积分的概念 CO2:开发求解微分方程的分析方法 CO3:应用有限差分和有限体积方法求解微分方程 CO4:在工程问题中实施分析和计算技术 矩阵的数学运算、线性方程组、一致性、向量空间、线性相关和独立性、基和维数、线性变换、投影、正交矩阵、正定矩阵、特征值和特征向量、矩阵的相似性、对角化、奇异值分解、矢量场、线积分。曲面积分、变量变换、格林定理、斯托克斯定理和散度定理 常微分方程 (ODE)、初值问题及其求解技术、二阶常微分方程的通解、齐次和非齐次情况、边界值问题、Sturm-Liouville 问题和 ODE 系统。偏微分方程 (PDE)、柯西问题、特征法、二阶 PDE 和分类、边界条件类型、热、波和拉普拉斯方程的公式和解。使用 MATLAB/Python 进行 ODE 和 PDE 的数值实现:ODE:初值问题:一阶和高阶方法、边界值问题、射击方法、数据拟合、最小二乘、标量传输方程的一阶和高阶数值方法、热、波和拉普拉斯方程的有限差分方法。与该项目相关的案例研究:地震波的声学模型、非均匀介质中的扩散、两个平板之间的流动发展、焊接问题、固体材料的热传导、扩散的相场解(Allen Cahn 1D 解)、具有 Lennard-Jones 势的两个或多个分子相互作用的解等。参考文献:[1] Lay, DC, Lay, SR 和 McDonald, JJ,2016 年,《线性代数及其应用》。Pearson,美国。[2] Kreyszig, E.,2011 年,《高等工程数学》,Wiley,印度。[3] Simmons, GF,2011 年,《微分方程及其应用和历史记录》,McGraw Hill,美国。[4] Sneddon,印第安纳州,2006 年,《偏微分方程元素》,多佛,美国。 [5] Rao, KS,2010 年,《偏微分方程简介》,Prentice-Hall,印度。[6] Butcher, JC,2003 年,《常微分方程的数值方法》,Wiley,美国。[7] Thomas, JW,2013 年,《数值偏微分方程:有限差分法》,Springer,瑞士。[8] Versteeg, HK 和 Malalasekera, W.,2007 年,《计算流体力学简介:有限体积》