数学基础 · 附录 数学要点 · 附录索引

使用说明与索引

How to Use the Appendix, with an Index
已完成速查更新于 2026.10.08统计物理讲义 v1.0

附录 · 数学要点

本附录按正文【数学提示】的编号组织:附录 A 为微积分(A1–A15),附录 B 为线性代数(B1–B4),附录 C 为概率与统计(C1–C9)。正文中每个【数学提示】引用块的末尾都注明了对应的附录小节;正文行文中简短的"(提示 A3)"也指附录 A3。【量子力学提示】D1–D5 的内容见第一部分的预备章 P2。

怎样使用本附录。

  1. 不必从头读到尾。读正文时遇到某个提示、觉得"有印象但说不清",就翻到对应的一节。每节开头先说明"正文在哪里用到它",然后给出推导与例子。
  2. A1、B1、C1 是最基础的概念,只作简要回顾;其余各节给出比较完整的推导、与正文对应的例子和常见误区。
  3. 公式编号形如 (A3.2),表示附录 A3 的第 2 个编号公式;小节编号形如 §A3.2。这与正文的编号方式一致。各节末有少量自测题,方括号内为答案或提示。
  4. 推导力求自足。偶尔涉及的严格性条件(例如"一致收敛")只说明其含义与用途,不作证明;物理上遇到的函数几乎总是满足这些条件,需要小心的地方会专门指出。
  5. 正文中的符号约定在这里照用:kBk_{\mathrm B} 为玻尔兹曼常数,β=1/(kBT)\beta = 1/(k_{\mathrm B}T),⟨⋯ ⟩\langle\cdots\rangle 表示平均。
  6. 想系统地复习这些数学,可以参考:梁昆淼,《数学物理方法》(复变函数、傅里叶分析与偏微分方程);M. L. Boas, Mathematical Methods in the Physical Sciences(覆盖本附录 A、B 的大部分内容,适合自学);G. B. Arfken, H. J. Weber and F. E. Harris, Mathematical Methods for Physicists(更全面的参考书);W. Feller, An Introduction to Probability Theory and Its Applications, Vol. 1(概率论的经典);随机过程见 §33.7 所列 van Kampen 的书。

各编号在正文中的使用位置("提示块"指正文中的【数学提示】引用块,"行文"指正文中简短的"(提示 X)"):

编号内容正文中的提示块正文行文中的引用
A1多元函数、偏导数与链式法则§1.4§27.3
A2全微分、恰当微分与混合偏导数相等§1.3§1.4、§1.7
A3泰勒展开(一元与多元)§1.5§P1.3、§P1.7、§P3.3、§2.3、§4.1、§6.5、§8.1、§11.6、§13.2、§17.6、§32.6
A4偏导数恒等式:倒数关系、循环关系、换固定变量§1.8—
A5勒让德变换§1.6§P1.2
A6重积分与变量替换(极坐标、球坐标、雅可比行列式)§2.3、§14.5§5.4
A7含参变量积分:积分号下求导§2.3—
A8条件极值与拉格朗日乘子法§4.6§5.2
A9齐次函数与欧拉定理§1.9§P1.2、§5.5
A10级数:几何级数、指数与对数展开、用积分近似求和§2.3、§6.4、§13.2、§14.1、§15.2§6.2、§6.4、§7.2、§8.4、§10.3、§14.2、§27.4
A11矢量分析:梯度、散度、旋度与连续性方程§P3.4、§2.6§P5.2
A12变分法初步§P1.1§19.4、§31.6
A13复数、复指数与常系数线性常微分方程§P1.4§P3.6、§10.4、§11.3
A14傅里叶级数、傅里叶变换与 δ 函数§P1.4、§P2.7、§13.2、§15.2§P3.6、§10.4、§10.7、§11.4、§19.4、§22.5、§24.1
A15偏微分方程初步(扩散方程、波动方程)§P5.2—
B1向量、内积与二次型§6.5、§10.1§P1.5、§P5.4、§5.5
B2实对称矩阵的正交对角化§6.5、§22.1§P1.3、§P1.5、§10.4、§11.4、§18.2
B3行列式与线性变换的体积因子§6.5、§10.1§P2.6、§10.5
B4复向量空间、厄米算符与狄拉克记号§P2.1§24.3
C1随机变量与概率分布(离散与连续)§2.3—
C2期望、方差与矩;詹森不等式§2.2、§18.5—
C3联合分布、边缘分布与独立性§2.2、§4.5§4.5、§30.1
C4排列组合与二项分布§2.2§3.2、§5.2
C5高斯(正态)分布§2.3、§22.1—
C6大数定律与中心极限定理§2.4§30.1、§32.2
C7随机变量的变换(概率密度的变换)§5.4§5.4、§15.1、§15.2
C8泊松分布§8.4§31.7
C9随机过程:平稳过程、马尔可夫过程、关联函数与功率谱§22.4§23.6