目录

  • 1 计算机数学语言概述
    • 1.1 课程导航
    • 1.2 为什么采用MATLAB语言
    • 1.3 数学问题的解析解与数值解
    • 1.4 本课程框架设计与内容安排
  • 2 MATLAB语言程序设计基础
    • 2.1 课程导航
    • 2.2 MATLAB语言程序设计基础
    • 2.3 MATLAB语言的基本数学运算
    • 2.4 MATLAB语言的流程结构
    • 2.5 函数编写与调试
    • 2.6 二维图形的绘制
    • 2.7 三维图形的表示
    • 2.8 四维图形的绘制
  • 3 微分问题的计算机求解
    • 3.1 课程导航
    • 3.2 极限问题解析求解
    • 3.3 函数导数解析求解
    • 3.4 积分问题解析求解
    • 3.5 级数展开与级数求和问题求解-函数的级数展开与逼近效果
    • 3.6 级数展开与级数求和问题求解-数列的求和与求积
    • 3.7 曲线积分与曲面积分计算
    • 3.8 数值微分问题
    • 3.9 单变量函数的数值积分
    • 3.10 多变量函数的数值积分
  • 4 线性代数问题的计算机求解
    • 4.1 课程导航
    • 4.2 特殊矩阵输入
    • 4.3 矩阵基本分析
    • 4.4 矩阵基本变换与分解
    • 4.5 矩阵方程计算机求解
    • 4.6 非线性运算与矩阵函数求值
  • 5 积分变换与复变函数问题的计算机求解
    • 5.1 课程导航
    • 5.2 Laplace变换及其反变换
    • 5.3 Fourier变换与z变换
    • 5.4 复变函数问题计算机求解
    • 5.5 查分方程的求解方法
  • 6 代数方程与最优化问题的计算机求解
    • 6.1 课程导航
    • 6.2 代数方程求解(一)
    • 6.3 代数方程求解(二)
    • 6.4 无约束最优化问题的求解
    • 6.5 有约束最优化问题的求解
    • 6.6 混合整数规划问题的求解
    • 6.7 动态规划及最优路径问题求解
  • 7 微分方程的计算机求解
    • 7.1 课程导航
    • 7.2 常系数线性微分解析解方法
    • 7.3 微分方程问题的数值解法
    • 7.4 微分方程转换
    • 7.5 特殊微分方程的数值解
    • 7.6 延迟微分方程的求解
    • 7.7 微分方程边值问题的求解
    • 7.8 微分方程的框图求解
  • 8 数据差值、函数逼近问题的计算机求解
    • 8.1 课程导航
    • 8.2 数据差值方法
    • 8.3 样条差值与数值微积分
    • 8.4 数学模型的拟合
    • 8.5 函数逼近与特殊函数
  • 9 概率论与数理统计问题的计算机求解
    • 9.1 课程导航
    • 9.2 概率分布与伪随机数生成
    • 9.3 统计量分析
    • 9.4 数理统计分析方法及计算机实现
    • 9.5 统计假设检验
    • 9.6 方差分析与主成分分析
  • 10 数学问题的非传统解法
    • 10.1 课程导航
    • 10.2 人工精神网络及其在数据拟合中的应用
    • 10.3 进化算法及其在最优化问题中的应用
    • 10.4 分数阶微积分问题求解及应用(一)
    • 10.5 分数阶微积分问题求解及应用(二)
    • 10.6 结束语
课程导航
  • 1 学习目标
  • 2 教学要求
  • 3 学习指南
  • 4 知识结构
  • 5 重点难点
  • 6 知识内容
  • 7 案例
  • 8 练习
  • 9 练习答案
  • 10 实践
  • 11 作业
  • 12 作业答案


线性代数问题是科学技术中最常见的数学问题,很多理论和应用都是建立在线性代数基础上的,因此解决线性代数问题是很有意义的。然而经典线性代数课程中介绍的手工推导的方法,不适合高阶矩阵的分析与计算,所以需要计算机数学语言来解决这些高阶问题。 
很多计算机数学语言,如 MATLAB 语言,都起源于对线性代数问题的研究。早期的线性代数计算问题侧重于数值解法,很多数学软件包也都是从线性代数的计算开始的。例如,国际上最著名的 EISPACK 是求解矩阵特征值问题的软件包,LINPACK 是求解一般线性代数问题的软件包,目前最新的 LaPACK 也是解决线性代数计算的软件包。随着计算机科学的发展,当前能解决矩阵分析与运算问题的计算机数学语言已经不局限于数值线性代数方法了,逐渐也可以求解解析解问题。Mathmetica 和 Maple 等大型计算机数学语言都已经能直接求解线性代数的解析解问题。MATLAB 语言的符号运算工具箱可以调用 Maple的各种解析运算功能,可以很好地解决线性代数的解析解运算问题。 
知识点包括: 
介绍矩阵的输入方法,可以用简单的函数直接输入如零矩阵、幺矩阵、单位矩阵、随机数矩阵、对角矩阵、Hilbert 矩阵、相伴矩阵、Vendermonde 矩阵及 Hankel 矩阵等特殊矩阵的 MATLAB 函数,并介绍用 MATLAB 语言的符号运算工具箱语句编写输出符号矩阵的方法、稀疏矩阵的输入方法等,为解决线性代数问题的求解打下良好的基础。 
介绍矩阵分析的基本概念及求解函数,对矩阵进行数值解与解析解分析,例如矩阵的行列式、迹、秩、范数、特征多项式、逆矩阵和广义逆矩阵、特征值与特征向量等,为矩阵的初步分析做准备。 
介绍各种各样的矩阵分解方法,例如矩阵的相似变换基本概念、矩阵的正交分解、三角分解、对称矩阵的 Cholesky 分解、一般矩阵的伴随分解、Jordan 变换、奇异值分解等,利用矩阵分解的方法可以简化矩阵分析。 
分析线性代数方程可解的条件,分别对唯一解、无穷解和无解等问题进行处理,给出了基于 MATLAB 语言的无穷解的基础解系与通解求取方法,还介绍了无解方程的最小二乘求解方法等,并介绍其他形式的矩阵方程的解析解与数值解方法与结果检验方法,包括 Lyapunov 方程、Sylvester 方程的解析解和数值解法、Riccati 方程的数值解法将在本节中给出,并给出一般 Sylvester 方程解析解的求解程序。 
研究矩阵元素的非线性运算及矩阵函数求解的问题,给出求解指数矩阵、三角函数矩阵以及一般矩阵函数和复合矩阵函数的解析解应用程序。从理论上说,本书提供的矩阵函数解析解程序可以用于任意复杂的矩阵函数解析运算。