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3207 字
16 分钟
Evans《偏微分方程》第二版:前言、书目信息与目录中译

本文整理 Lawrence C. Evans 的研究生教材 Partial Differential Equations, Second Edition 在第一章之前的内容,包括书目信息、献词、第二版前言、第一版前言和全书目录中译。整理依据为本地 PDF References/PDE.pdf 的前置页。

这不是逐字排版复刻,而是面向后续博客阅读计划的译注式整理:版权页只保留有用书目信息;前言保留作者写作意图、第二版变化和阅读提示;目录尽量完整翻译,方便之后逐章建立索引。

1. 书籍基本信息#

项目信息
英文书名Partial Differential Equations
中文书名《偏微分方程》
版本第二版
作者Lawrence C. Evans
作者单位University of California, Berkeley, Department of Mathematics
丛书Graduate Studies in Mathematics, Volume 19
出版机构American Mathematical Society
第一版1998 年,1999 年与 2002 年修订重印
第二版2010 年
第二版修订重印2015 年修订重印;2022 年 AMS 重印
ISBN978-0-8218-4974-3
Softcover ISBN978-1-4704-6942-9
2010 数学主题分类Primary 35-XX;Secondary 49-XX, 47Hxx

其中 35-XX 对应偏微分方程,49-XX 对应变分法与最优控制,47Hxx 涉及非线性算子与相关泛函分析主题。这也基本提示了全书的主线:PDE 理论不是只讲三大方程,而是逐步走向弱解、Sobolev 空间、变分法、守恒律、Hamilton-Jacobi 方程和非线性波方程。

作者将本书献给父母 Lawrence S. Evans 与 Louise J. Evans。

2. 第二版前言译注#

第二版前言首先感谢了十余年间为第一版提出建议和勘误的读者,也感谢 AMS 工作人员和 NSF 对作者研究工作的支持。作者说明自己会继续在个人主页维护错误列表。

Evans 用一个关于托尔斯泰写作《战争与和平》的文学类比说明:面对一个大主题写一本大书,最大的诱惑就是想把所有内容都放进去。偏微分方程本身范围极广,一本教材不可能真正穷尽所有重要方向。

在这种取舍下,第二版尽量加入了更多新的 PDE 主题,尤其是新增的第 12 章“非线性波方程”。除此之外,第二版还加入或扩展了以下内容:

  • 变分法中的 Noether 定理;
  • 变分法中的局部极小子;
  • Radon 变换;
  • 反应-扩散系统中的 Turing 不稳定性;
  • 解的爆破现象;
  • 群速度与相速度;
  • 若干其他专题的重写与扩充;
  • 更新并大幅增加书目中的教材和专著引用;
  • 将研究论文引用更多移入正文;
  • 调整许多记号和措辞;
  • 新增约 80 道习题,全书习题总数超过 200 道。

第二版前言最后还提到,第 10 章习题中安排了一个“游艇竞赛”问题,回应前文那个关于大书总会遗漏场景的幽默比喻。

2022 年第三次印刷说明:截至 2022 年 2 月,第二版第三次印刷修正了已知错误。

3. 第一版前言译注#

第一版前言更重要,因为它解释了 Evans 这本书的写作立场。

作者说,本书试图广泛介绍偏微分方程理论中的许多重要主题,并特别强调现代方法。书中当然包含常见线性 PDE 的显式解公式,但也大量讨论 Sobolev 空间中的能量方法、变分法、守恒律等内容。

3.1 PDE 不应局限于两个自变量#

Evans 反对把 PDE 主要写成两个变量的函数问题,例如只讨论 u(x,y)u(x,y)u(x,t)u(x,t)。这种写法虽然适合入门,但会误导读者,因为现代 PDE 理论中的许多线性和非线性方程都可以在任意维数中严格处理。

他也不太赞成过度依赖“分类”来理解 PDE。二元情形中的分类确实有用,但容易让人误以为一般 PDE 存在一种统一、普遍、总是有效的分类图景。

3.2 非线性方程非常重要#

作者的判断是:整体而言,人们对线性 PDE 知道得很多,而对非线性 PDE 知道得太少。因此本书很早就引入非线性概念,并尽量在各处强调线性理论的非线性对应物。

这也是本书区别于只围绕 Laplace 方程、热方程、波方程展开的入门教材之处。它的目标并不只是会算几个经典公式,而是进入现代 PDE 的思维方式。

3.3 广义解或弱解是核心#

许多 PDE,特别是非线性一阶方程,一般不存在光滑解。因此必须建立合适的广义解或弱解概念。

这件事重要但微妙。书中很多困难内容都与适当定义的弱解的唯一性有关。也就是说,放宽“解”的光滑性要求只是第一步,真正的难点在于证明这个较弱意义下的解仍然是数学上合理的。

3.4 PDE 不只是泛函分析的分支#

某些 PDE 可以被看成 Banach 空间之间的抽象算子问题,这当然很有用。但 Evans 明确反对过度抽象化:如果只强调抽象泛函分析,而忽视微积分估计和测度论估计,就会限制对 PDE 的理解。

这句话很能概括本书风格:它会使用泛函分析,但不会把 PDE 简化成纯粹的算子理论。

3.5 记号是一件麻烦事#

作者承认 PDE 记号很难统一。他试图建立一套能覆盖本书主要方程类型的统一记号,但这有时会和某些子领域的惯例冲突。

阅读时尤其需要熟悉附录 A 中的记号,特别是多重指标记号。

3.6 好理论几乎和显式公式一样有用#

这条原则决定了全书结构。全书分为三大部分,并大致模仿 PDE 理论的历史发展:

  • 第一部分:寻找解的显式公式;
  • 第二部分:放弃普遍显式公式,建立线性 PDE 的一般存在性和性质理论;
  • 第三部分:面向重要非线性 PDE 建立现代一般理论。

3.7 阅读方式提醒#

作者强调,每一节内部都尽量做到严格和完整,但这并不意味着内容总是从易到难排列。书中早期就会出现困难证明和复杂计算,后面也会有相对容易的思想。第一次阅读时,可以跳过一些较偏、较难的证明。

作者还明确说明:这是一本教材,不是参考书。它更重视在相对简单的背景下解释基本思想,而不是给出每个定理最尖锐、最一般的版本。更精确和更一般的结果可以到研究论文和高级专著中查找。

第一版前言还感谢了许多同事、学生和读者的建议。其中 Tai-Ping Liu 曾为现在的第 11 章写出早期草稿。作者也感谢了参与讲义录入和更新的工作人员,并说明写作期间获得 NSF 支持。

4. 全书目录中译#

前置部分#

英文标题中文翻译页码
Preface to the second edition第二版前言xi
Preface to the first edition第一版前言xiii

Chapter 1. Introduction#

英文标题中文翻译页码
Chapter 1. Introduction第 1 章 引言1
Partial Differential Equations偏微分方程1
Examples例子3
Strategies for Studying PDE研究 PDE 的策略6
Overview全书概览8
Problems习题11
References参考文献12

Part I. Representation Formulas for Solutions#

第一部分标题可译为“解的表示公式”。这一部分关注能够显式或半显式写出解的 PDE。

Chapter 2. Four Important Linear Partial Differential Equations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 2. Four Important Linear Partial Differential Equations第 2 章 四类重要线性偏微分方程17
Transport Equation输运方程17
Laplace’s EquationLaplace 方程19
Heat Equation热方程42
Wave Equation波方程63
Problems习题81
References参考文献86

Chapter 3. Nonlinear First-Order PDE#

英文标题中文翻译页码
Chapter 3. Nonlinear First-Order PDE第 3 章 非线性一阶 PDE89
Complete Integrals, Envelopes完全积分与包络90
Characteristics特征线方法94
Introduction to Hamilton-Jacobi EquationsHamilton-Jacobi 方程导论110
Introduction to Conservation Laws守恒律导论130
Problems习题154
References参考文献158

Chapter 4. Other Ways to Represent Solutions#

英文标题中文翻译页码
Chapter 4. Other Ways to Represent Solutions第 4 章 表示解的其他方法159
Separation of Variables分离变量法159
Similarity Solutions相似解167
Transform Methods变换方法177
Converting Nonlinear into Linear PDE将非线性 PDE 化为线性 PDE195
Asymptotics渐近方法200
Power Series幂级数220
Problems习题231
References参考文献236

Part II. Theory for Linear Partial Differential Equations#

第二部分标题可译为“线性偏微分方程理论”。这一部分从显式公式转向弱解、能量估计、存在性、唯一性和正则性。

Chapter 5. Sobolev Spaces#

英文标题中文翻译页码
Chapter 5. Sobolev Spaces第 5 章 Sobolev 空间239
Hölder SpacesHölder 空间240
Sobolev SpacesSobolev 空间241
Approximation逼近249
Extensions延拓253
Traces256
Sobolev InequalitiesSobolev 不等式260
Compactness紧性270
Additional Topics补充专题273
Other Spaces of Functions其他函数空间282
Problems习题289
References参考文献292

Chapter 6. Second-Order Elliptic Equations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 6. Second-Order Elliptic Equations第 6 章 二阶椭圆方程293
Definitions定义293
Existence of Weak Solutions弱解的存在性297
Regularity正则性307
Maximum Principles极大值原理323
Eigenvalues and Eigenfunctions特征值与特征函数333
Problems习题343
References参考文献348

Chapter 7. Linear Evolution Equations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 7. Linear Evolution Equations第 7 章 线性演化方程349
Second-Order Parabolic Equations二阶抛物方程349
Second-Order Hyperbolic Equations二阶双曲方程375
Systems of Hyperbolic First-Order Equations一阶双曲方程组396
Semigroup Theory半群理论409
Problems习题420
References参考文献423

Part III. Theory for Nonlinear Partial Differential Equations#

第三部分标题可译为“非线性偏微分方程理论”。这一部分不再有统一套路,而是按不同非线性结构分别处理。

Chapter 8. The Calculus of Variations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 8. The Calculus of Variations第 8 章 变分法427
Introduction引言427
Existence of Minimizers极小子的存在性437
Regularity正则性454
Constraints约束458
Critical Points临界点471
Invariance, Noether’s Theorem不变性与 Noether 定理481
Problems习题489
References参考文献494

Chapter 9. Nonvariational Techniques#

英文标题中文翻译页码
Chapter 9. Nonvariational Techniques第 9 章 非变分方法495
Monotonicity Methods单调性方法495
Fixed Point Methods不动点方法501
Method of Subsolutions and Supersolutions下解与上解方法510
Nonexistence of Solutions解的不存在性514
Geometric Properties of Solutions解的几何性质521
Gradient Flows梯度流526
Problems习题538
References参考文献541

Chapter 10. Hamilton-Jacobi Equations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 10. Hamilton-Jacobi Equations第 10 章 Hamilton-Jacobi 方程543
Introduction, Viscosity Solutions引言与黏性解543
Uniqueness唯一性550
Control Theory, Dynamic Programming控制理论与动态规划554
Problems习题566
References参考文献569

Chapter 11. Systems of Conservation Laws#

英文标题中文翻译页码
Chapter 11. Systems of Conservation Laws第 11 章 守恒律方程组571
Introduction引言571
Riemann’s ProblemRiemann 问题582
Systems of Two Conservation Laws二元守恒律方程组595
Entropy Criteria熵判据601
Problems习题613
References参考文献616

Chapter 12. Nonlinear Wave Equations#

英文标题中文翻译页码
Chapter 12. Nonlinear Wave Equations第 12 章 非线性波方程617
Introduction引言617
Existence of Solutions解的存在性620
Semilinear Wave Equations半线性波方程627
Critical Power Nonlinearity临界幂非线性636
Nonexistence of Solutions解的不存在性642
Problems习题647
References参考文献651

Appendices#

英文标题中文翻译页码
Appendices附录653
Notation记号653
Inequalities不等式661
Calculus微积分665
Functional Analysis泛函分析674
Measure Theory测度论684
Bibliography参考书目689
Index索引703

5. 读书路线提示#

从前言和目录可以看出,Evans 这本书不是“数学物理方程公式手册”,而是一条现代 PDE 理论路线。

如果第一次读,可以按下面的顺序处理:

  1. 先看附录 A 的记号,尤其是多重指标记号;
  2. 阅读第 1 章,建立 PDE、适定性、弱解和全书结构的整体图景;
  3. 学第 2 章四个基本线性方程,建立输运、调和、扩散、波动四类原型;
  4. 进入第 5 章 Sobolev 空间,为第 6、7 章的弱解理论做准备;
  5. 读第 6、7 章,理解线性椭圆、抛物、双曲方程的现代理论;
  6. 再回到第 3、8、9、10、11、12 章,按兴趣进入非线性方向。

如果目标是研究 PDE 理论,本书的关键词不是“会不会算出显式解”,而是:

  • 是否能建立合适的解概念;
  • 是否能证明存在性;
  • 是否能证明唯一性;
  • 解是否连续依赖于数据;
  • 弱解是否具有进一步正则性;
  • 非线性结构是否提供额外估计或守恒量。

这也是后续整理这本书时应当抓住的主线。

Evans《偏微分方程》第二版:前言、书目信息与目录中译
https://www.ams.org/bookpages/gsm-19
作者
CJX
发布于
2026-05-08
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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