本書以分?jǐn)?shù)階微分方程為研究對象,對其解析解的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究。主要內(nèi)容包括:緒論、分?jǐn)?shù)階微分方程的理論基礎(chǔ)、分?jǐn)?shù)階積分與分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)、分?jǐn)?shù)階偏微分方程、廣義Hukuhara微分和模糊分?jǐn)?shù)階微積分、基于結(jié)構(gòu)元的模糊分?jǐn)?shù)階微積分,共六章。
分?jǐn)?shù)階微分算子因?yàn)榭梢院啙、?zhǔn)確地描述具有歷史記憶性和空間全域相關(guān)性等力學(xué)與物理過程,且分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)建模簡單、參數(shù)物理意義清楚、描述準(zhǔn)確,因而成為復(fù)雜力學(xué)與物理過程數(shù)學(xué)建模的重要工具之一。近年來分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)已成為描述各類復(fù)雜力學(xué)與物理行為的重要工具,因而分?jǐn)?shù)階微分方程的數(shù)值算法研究也備受關(guān)注。
在分?jǐn)?shù)階常微分方程的數(shù)值計(jì)算方面,比較成熟高效的算法是預(yù)估-校正法,而在分?jǐn)?shù)階偏微分方程的數(shù)值計(jì)算中,有限差分法依然占有主導(dǎo)地位,同時(shí)有限差分法與有限元法、無網(wǎng)格方法等相結(jié)合,可以獲得許多高精度穩(wěn)定算法,這也是現(xiàn)在和將來算法研究的熱點(diǎn),同時(shí),與時(shí)間分?jǐn)?shù)階微分方程的算法進(jìn)展相比,空間分?jǐn)?shù)階微分方程的數(shù)值算法更不成熟。有限元、有限體積和有限差分等占統(tǒng)治地位的空間偏導(dǎo)數(shù)離散方法本質(zhì)上是局部支持的算法,應(yīng)用于計(jì)算非局部的分?jǐn)?shù)階空間微分方程存在困難,F(xiàn)階段,有限差分法主要應(yīng)用于數(shù)值求解一維空間分?jǐn)?shù)階微分方程,二維與三維問題的求解還少見報(bào)道。另外,變導(dǎo)數(shù)方程的數(shù)值算法研究很少,相關(guān)的學(xué)術(shù)文章數(shù)量還是個位數(shù),是分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方程數(shù)值算法研究的新領(lǐng)域,目前,分?jǐn)?shù)階微分方程的數(shù)值算法研究近年來雖然取得一些進(jìn)展,但還不成熟,還存在較多的困難和尚未解決的問題,基于既往的研究經(jīng)驗(yàn)和知識,分?jǐn)?shù)階微分方程數(shù)值計(jì)算研究的重點(diǎn)和方向有以下5個方面:(1)時(shí)間和空間分?jǐn)?shù)階微分方程的快速算法;(2)分?jǐn)?shù)階微分方程計(jì)算的基本計(jì)算數(shù)學(xué)理論;(3)高維空間分?jǐn)?shù)階拉普拉斯算子方程的離散算法;(4)變導(dǎo)數(shù)方程和分布式導(dǎo)數(shù)方程的數(shù)值算法研究;(5)分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方程的計(jì)算力學(xué)軟件的開發(fā)。
基于此,筆者結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)踐與科研成果撰寫了《分?jǐn)?shù)階微分方程的解析解研究》一書,本書以分?jǐn)?shù)階微分方程為研究對象,對其解析解的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究。本書共6章,主要內(nèi)容包括:緒論、分?jǐn)?shù)階微分方程的理論基礎(chǔ)、分?jǐn)?shù)階積分與分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)、分?jǐn)?shù)階偏微分方程、廣義HUKUHARA微分和模糊分?jǐn)?shù)階微積分、基于結(jié)構(gòu)元的模糊分?jǐn)?shù)階微積分。希望本書的出版為分?jǐn)?shù)階微分方程的科研進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力量。
本書在撰寫過程中,參考了大量的書籍和論文,在此對相關(guān)作者表示感謝!
鑒于“分?jǐn)?shù)階微分方程”這一新興學(xué)科所涉及的內(nèi)容廣泛,又是多學(xué)科交叉滲透,加之作者水平所限,書中缺點(diǎn)和錯誤在所難免,懇請讀者批評指正。
郭元偉,1983年10月出生,河南林州人,現(xiàn)就職于太原學(xué)院,講師職稱。主要研究方向:分?jǐn)?shù)階微分方程理論及應(yīng)用、模糊微分方程理論及應(yīng)用、非線性積分理論等。主講課程:高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)(高考數(shù)學(xué))等,參加工作以來,多次榮獲優(yōu)秀教師等榮譽(yù)稱號。