數(shù)學(xué)物理方法是大學(xué)理工學(xué)科的一門重要基礎(chǔ)課程。本課程的主要內(nèi)容包括復(fù)變函數(shù)論和數(shù)學(xué)物理方程兩大部分,并側(cè)重于介紹其在物理學(xué)上的應(yīng)用,通過本課程的學(xué)習(xí)可為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電動力學(xué)、量子力學(xué)等理論物理課程提供必要的數(shù)學(xué)工具。其中,復(fù)變函數(shù)論部分主要包括復(fù)變函數(shù)、復(fù)平面上的路積分、洛朗級數(shù)展開與留數(shù)定理等章節(jié),數(shù)學(xué)物理方程部分主要包括正交級數(shù)展開、偏微分方程與定解問題、柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系定解問題以及格林函數(shù)方法等章節(jié)。本課程在教學(xué)過程中注重創(chuàng)新,在某些問題的處理上進(jìn)行了一些新的嘗試,并考慮到工科教學(xué)需要和課時數(shù)的限制,在某些章節(jié)的內(nèi)容設(shè)置上進(jìn)行了簡化處理。同時,對一些比較抽象問題引入了計算機仿真模擬作為輔助教學(xué)手段,以便于學(xué)生理解。
第一章 復(fù)變函數(shù)
了解歷史上引入復(fù)數(shù)的原因;掌握復(fù)數(shù)域上的方程求解方法;熟悉復(fù)變函數(shù)的可導(dǎo)性、解析性等概念;熟悉柯西-黎曼條件的導(dǎo)出方法和意義;熟悉解析函數(shù)的實部和虛部的內(nèi)在關(guān)系以及由解析函數(shù)的一部分求解整個解析函數(shù)的常用方法;了解復(fù)變多值函數(shù)的基本性質(zhì)。
第二章復(fù)變函數(shù)的積分
了解復(fù)變函數(shù)路積分的定義及基本性質(zhì);了解解析函數(shù)與非解析函數(shù)的路積分性質(zhì)差別;熟悉單聯(lián)通區(qū)域與復(fù)聯(lián)通區(qū)域中柯西定理的基本形式與應(yīng)用;熟悉冪函數(shù)的回路積分性質(zhì);熟悉柯西公式的基本形式與應(yīng)用。
第三章 冪級數(shù)展開
了解復(fù)數(shù)項級數(shù)的一般性質(zhì);了解絕對收斂性和一致收斂性的定義和基本性質(zhì);了解魏爾斯特拉斯判別法的基本形式和用途;熟悉冪級數(shù)以及雙邊冪級數(shù)的基本性質(zhì)以及收斂圓區(qū)域的計算方法;熟悉解析函數(shù)的泰勒展開與洛朗級數(shù)計算方法;了解利用洛朗級數(shù)分析奇點性質(zhì)的方法。
第四章 留數(shù)定理
了解留數(shù)的基本定義;了解洛朗展開和留數(shù)的關(guān)系;熟悉各種類型奇點的留數(shù)計算方法;了解留數(shù)定理的基本內(nèi)容;掌握利用留數(shù)定理計算回路積分以及計算實函數(shù)定積分的幾種常用方法。
第五章 傅里葉變換
了解傅里葉級數(shù)的正交性與完備性等基本概念;熟悉傅里葉展開系數(shù)的常用計算方法;熟悉函數(shù)奇偶性在傅里葉級數(shù)展開中的應(yīng)用;熟悉有限區(qū)間上函數(shù)的傅里葉級數(shù)展開方法;了解傅里葉積分定理以及傅里葉變換的基本概念和性質(zhì);熟悉對函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換的常用方法;了解δ-函數(shù)的基本性質(zhì)。
第六章 數(shù)學(xué)物理定解問題
了解數(shù)學(xué)物理定解問題中的泛定方程、邊界條件、初始條件、銜接條件等基本概念;掌握幾類常見定解問題的導(dǎo)出方法;了解波動方程、擴(kuò)散方程、穩(wěn)定場方程的分類方法以及基本性質(zhì);掌握達(dá)朗貝爾公式的導(dǎo)出方法及其在無界及半無界系統(tǒng)中的應(yīng)用。
第七章 分離變數(shù)法
掌握利用分離變數(shù)法求解常見齊次方程的基本方法;了解不同齊次邊界條件的特點與處理方法;了解本征解對應(yīng)的物理意義和物理圖像;掌握利用傅里葉級數(shù)法處理非齊次方程的基本方法;掌握常見非齊次邊界條件的處理方法。
第八章球、柱坐標(biāo)系中的分離變數(shù)法
了解常見正交曲面坐標(biāo)系;了解柱坐標(biāo)系中的拉普拉斯算符形式;熟悉柱坐標(biāo)系中的拉普拉斯方程的分離變數(shù)結(jié)果;了解貝塞爾方程和貝塞爾函數(shù)的基本性質(zhì);了解施圖姆-劉維爾本征值問題;了解廣義傅里葉級數(shù)的概念;掌握幾類柱坐標(biāo)系定解問題的求解方法;了解球坐標(biāo)系中的拉普拉斯算符形式;了解球坐標(biāo)系拉普拉斯方程分離變數(shù)結(jié)果;了解勒讓德方程和連帶勒讓德方程的形式;掌握計算函數(shù)的勒讓德級數(shù)展開的方法;掌握幾類球坐標(biāo)系定解問題的求解方法。
第九章 格林函數(shù)方法簡介
了解點源影響函數(shù)以及格林函數(shù)的概念;了解泊松方程的格林函數(shù)法求解方法。