信号与系统：使用变换方法和MATLAB分析(原书第2版) 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美罗伯茨 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111421887

商品编码：29485037097

包装：平装

出版时间：2013-06-01

基本信息

书名：信号与系统：使用变换方法和MATLAB分析(原书第2版)

定价：89.00元

作者：(美)罗伯茨

出版社：机械工业出版社

出版日期：2013-06-01

ISBN：9787111421887

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.962kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《信号与系统：使用变换方法和MATLAB分析（原书第2版）》采用从基本概念出发、以实际应用为例子的介绍方法，遵循从模拟到离散、从信号到系统的分析思路，系统地介绍了连续时间和离散时间信号与系统的分析方法。《信号与系统：使用变换方法和MATLAB分析（原书第2版）》具体包括：信号与系统分析中涉及的一般性概念；连续时间信号和离散时间信号的数学描述方法；线性时不变系统的卷积理论；连续和离散时间傅里叶变换理论；拉普拉斯变换和z变换及其应用；采样定理；CTFT和DTFT在频率响应分析中的各种应用；连续时间通信系统的基本规则；模拟和数字滤波器的设计与分析；状态空间分析法。后的附录部分包括一些有用的数学公式、4种傅里叶变换表、拉普拉斯变换表以及z变换表。

目录

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译者序
前言
章　概论
　1.1　信号与系统的定义
　1.2　信号的类型
　1.3　有关系统的例子
　　1.3.1　一个机械系统
　　1.3.2　一个流体系统
　　1.3.3　一个离散时间系统
　　1.3.4　反馈系统
　1.4　一个熟悉的信号与系统例子
　1.5　MATLAB的使用
第2章　连续时间信号的数学描述
　2.1　概述
　2.2　函数符号
　2.3　连续时间信号函数
　　2.3.1　复指数函数和谐波函数
　　2.3.2　不连续函数
　2.4　函数的组合
　2.5　缩放和时移
　　2.5.1　幅度缩放
　　2.5.2　时移
　　2.5.3　时间缩放
　　2.5.4　同时时移和缩放
　2.6　微分与积分
　2.7　偶函数与奇函数
　　2.7.1　奇、偶函数的组合
　　2.7.2　奇、偶函数的导数和积分
　2.8　周期函数
　2.9　信号能量和功率
　　2.9.1　信号能量
　　2.9.2　信号功率
　2.10　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第3章　离散时间信号的描述
　3.1　概述
　3.2　采样和离散时间
　3.3　谐波函数和指数函数
　　3.3.1　谐波函数
　　3.3.2　指数函数
　3.4　奇异函数
　　3.4.1　单位冲激函数
　　3.4.2　单位序列函数
　　3.4.3　符号函数
　　3.4.4　单位斜坡函数
　　3.4.5　单位梳状函数或冲激序列
　3.5　缩放和时移
　　3.5.1　幅度缩放
　　3.5.2　时移
　　3.5.3　时间缩放
　3.6　差分和累加
　3.7　偶函数与奇函数
　　3.7.1　奇、偶函数的组合
　　3.7.2　奇、偶函数的有限对称区间累加
　3.8　周期函数
　3.9　信号能量和功率
　　3.9.1　信号能量
　　3.9.2　信号功率
　3.10　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第4章　系统的描述
　4.1　概述
　4.2　连续时间系统
　　4.2.1　系统建模
　　4.2.2　系统特性
　　4.2.3　二阶系统的动态特性
　　4.2.4　复谐波激励
　4.3　离散时间系统
　　4.3.1　系统建模
　　4.3.2　系统特性
　4.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第5章　系统的时域分析
　5.1　概述
　5.2　连续时间
　　5.2.1　冲激响应
　　5.2.2　连续时间卷积
　5.3　离散时间
　　5.3.1　冲激响应
　　5.3.2　离散时间卷积
　5.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第6章　连续时间傅里叶方法
　6.1　概述
　6.2　连续时间傅里叶级数
　　6.2.1　概念基础
　　6.2.2　正交性和谐波函数
　　6.2.3　紧凑型三角傅里叶级数
　　6.2.4　收敛性
　　6.2.5　傅里叶级数部分和的小误差
　　6.2.6　奇、偶周期函数的傅里叶级数
　　6.2.7　傅里叶级数表和性质
　　6.2.8　傅里叶级数的数值计算
　6.3　连续时间傅里叶变换
　　6.3.1　将傅里叶级数扩展到非周期信号
　　6.3.2　广义傅里叶变换
　　6.3.3　傅里叶变换性质
　　6.3.4　傅里叶变换的数值计算
　6.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第7章　离散时间傅里叶方法
　7.1　概述
　7.2　离散时间傅里叶级数和离散傅里叶变换
　　7.2.1　线性和复指数激励
　　7.2.2　正交性和谐波函数
　　7.2.3　傅里叶变换的性质
　　7.2.4　快速傅里叶变换
　7.3　离散时间傅里叶变换
　　7.3.1　拓展到非周期信号的离散傅里叶变换
　　7.3.2　推导与定义
　　7.3.3　广义DTFT
　　7.3.4　离散时间傅里叶变换的收敛性
　　7.3.5　DTFT的性质
　　7.3.6　离散时间傅里叶变换的数值计算
　7.4　傅里叶方法比较
　7.5　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第8章　拉普拉斯变换
　8.1　概述
　8.2　拉普拉斯变换的发展
　　8.2.1　傅里叶变换的推广
　　8.2.2　复指数激励和响应
　8.3　传递函数
　8.4　级联系统
　8.5　直接Ⅱ型实现
　8.6　拉普拉斯逆变换
　8.7　拉普拉斯变换的存在性
　　8.7.1　时限信号
　　8.7.2　右边信号与左边信号
　8.8　拉普拉斯变换对
　8.9　部分分式展开
　8.10　拉普拉斯变换的性质
　8.11　单边拉普拉斯变换
　　8.11.1　定义
　　8.11.2　单边拉普拉斯变换的特有性质
　　8.11.3　带有初始条件的微分方程的解
　8.12　零极点图和频率响应
　8.13　MATLAB系统对象
　8.14　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
第9章　z变换
　9.1　概述
　9.2　离散时间傅里叶变换的推广
　9.3　复指数函数激励和响应
　9.4　传递函数
　9.5　级联系统
　9.6　系统的直接Ⅱ型实现
　9.7　z逆变换
　9.8　z变换的存在性
　　9.8.1　时限信号
　　9.8.2　右边信号和左边信号
　9.9　z变换对
　9.10　z变换的性质
　9.11　z逆变换的求解方法
　　9.11.1　长除法
　　9.11.2　部分分式展开法
　　9.11.3　有关z正变换和z逆变换的例子
　9.12　单边z变换
　　9.12.1　单边z变换的特有性质
　　9.12.2　差分方程的解
　9.13　零极点图和频率响应
　9.14　MATLAB系统对象
　9.15　变换方法比较
　9.16　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
0章　采样和信号处理
　10.1　概述
　10.2　连续时间采样
　　10.2.1　采样方法
　　10.2.2　采样理论
　　10.2.3　混叠
　　10.2.4　时间受限和带宽受限的信号
　　10.2.5　插值
　　10.2.6　带通信号的采样
　　10.2.7　谐波信号的采样
　　10.2.8　带限周期信号
　　10.2.9　采用DFT进行信号处理
　10.3　离散时间采样
　　10.3.1　周期冲激采样
　　10.3.2　内插
　10.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
1章　频率响应分析
　11.1　概述
　11.2　频率响应
　11.3　连续时间滤波器
　　11.3.1　滤波器的例子
　　11.3.2　理想滤波器
　　11.3.3　波特图
　　11.3.4　实际滤波器
　11.4　离散时间滤波器
　　11.4.1　符号
　　11.4.2　理想滤波器
　　11.4.3　实际滤波器
　11.5　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
2章　通信系统分析
　12.1　概述
　12.2　连续时间通信系统
　　12.2.1　通信系统的需求
　　12.2.2　频分复用
　　12.2.3　模拟调制和解调
　12.3　离散时间谐波载波幅度调制
　12.4　要点小结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
3章　系统的拉普拉斯变换分析
　13.1　概述
　13.2　系统的表示方法
　13.3　系统的稳定性
　13.4　系统的连接
　　13.4.1　级联与并联
　　13.4.2　反馈连接
　13.5　采用MATLAB进行系统分析
　13.6　系统对标准信号的响应
　　13.6.1　单位阶跃响应
　　13.6.2　谐波响应
　13.7　系统的标准实现
　　13.7.1　级联实现
　　13.7.2　并联实现
　13.8　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
4章　系统的z变换分析
　14.1　概述
　14.2　系统模型
　　14.2.1　差分方程
　　14.2.2　方框图
　14.3　系统的稳定性
　14.4　系统连接
　14.5　系统对标准信号的响应
　　14.5.1　单位序列响应
　　14.5.2　因果谐波响应
　14.6　用离散时间系统模拟连续时间系统
　　14.6.1　z变换与拉普拉斯变换的关系
　　14.6.2　冲激不变性
　　14.6.3　数据采集系统
　14.7　系统的标准实现
　　14.7.1　级联实现
　　14.7.2　并联实现
　14.8　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
5章　滤波器分析与设计
　15.1　概述
　15.2　模拟滤波器
　　15.2.1　巴特沃兹滤波器
　　15.2.2　切比雪夫、椭圆和贝塞尔滤波器
　15.3　数字滤波器
　　15.3.1　模拟滤波器的模拟
　　15.3.2　滤波器设计技术
　15.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
6章　状态空间分析
　16.1　概述
　16.2　连续时间系统
　　16.2.1　系统和输出方程
　　16.2.2　传递函数
　　16.2.3　其他状态变量选择
　　16.2.4　状态变量变换
　　16.2.5　对角化
　　16.2.6　状态空间分析的MATLAB工具
　16.3　离散时间系统
　　16.3.1　系统和输出方程
　　16.3.2　传递函数和状态变量的变换
　　16.3.3　状态空间分析的MATLAB工具
　16.4　要点总结
　习题一（附答案）
　习题二（无答案）
附录A　有用的数学关系式
附录B　连续时间傅里叶级数对
附录C　离散傅里叶变换对
附录D　连续时间傅里叶变换对
附录E　离散时间傅里叶变换对
附录F　拉普拉斯变换对
附录G　z变换对
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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探索信号的本质，驾驭系统的动态：一场深度分析与实用工具的融合之旅 这是一本致力于深入剖析信号与系统核心概念，并巧妙融合现代工程分析工具的权威指南。本书不仅仅停留在理论的层面，更强调将抽象的数学工具与直观的工程实践紧密结合，为读者构建一个理解信号行为、预测系统响应的强大框架。通过层层递进的理论阐述和丰富多样的实例应用，本书旨在培养读者独立分析和解决复杂信号与系统问题的能力，尤其是在当今信息爆炸、技术飞速发展的时代，这一能力显得尤为重要。 本书的核心在于其对“变换方法”的独到视角。我们深知，在信号与系统的分析中，直接处理时域或频域的复杂信号往往会给计算和理解带来巨大的挑战。因此，本书将傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等一系列强大的数学工具置于分析的中心舞台。这些变换能够将原本在时域中难以处理的信号转化为更易于分析的域（如频域、复频域或z域），从而揭示信号的内在结构和系统的动态特性。本书将详细介绍每种变换的数学基础、物理意义以及它们在不同场景下的适用性。从周期信号的频谱分解，到非周期信号的连续频谱；从连续时间系统的传递函数分析，到离散时间系统的系统函数特性，本书将一步步引导读者掌握这些变换的精髓，理解它们如何简化复杂问题，揭示信号与系统内在的和谐与规律。 更值得一提的是，本书将这种理论上的深刻理解与实际的工程应用紧密联系起来。我们认识到，在现代工程实践中，仅仅掌握理论是不够的，还需要能够有效地利用工具进行仿真、验证和设计。因此，本书将MATLAB这一强大的工程计算和可视化平台融入到学习过程中。MATLAB以其丰富的功能库、简洁的语法和强大的可视化能力，成为信号与系统分析的理想工具。本书的每一部分内容都将伴随有精选的MATLAB实例，这些实例不仅能够帮助读者直观地理解抽象的理论概念，更能让他们亲手实践，通过编程来探索信号的特性，观察系统的响应，甚至设计和优化系统。从绘制信号的波形和频谱，到求解微分方程和差分方程，再到设计滤波器和进行系统仿真，MATLAB将成为读者手中不可或缺的利器，将理论知识转化为解决实际工程问题的强大能力。 本书的结构设计循序渐进，逻辑严谨，旨在为读者打下坚实的基础。 第一部分：基础概念与时域分析 在进入变换方法之前，本书将首先建立对信号和系统基本概念的清晰认识。我们将从信号的分类入手，探讨连续时间信号和离散时间信号的特性，区分周期信号和非周期信号，以及能量信号和功率信号。同时，系统也将被系统地定义，介绍线性时不变（LTI）系统作为分析的核心模型。本书将深入讲解LTI系统的基本性质，如叠加性、时不变性、因果性、稳定性等，并引入卷积积分和卷积和作为描述LTI系统输入输出关系的基石。通过对时域分析的深入探讨，读者将初步理解信号如何通过系统进行处理，以及系统对信号的响应。这一部分将为后续的变换方法分析打下坚实的基础，确保读者能够扎实地掌握最基本的概念。 第二部分：傅里叶变换及其应用 傅里叶变换是信号与系统分析中最重要的工具之一，它将信号分解为不同频率的正弦和余弦分量的叠加，从而揭示信号的频谱特性。本书将详细介绍傅里叶级数（用于分析周期信号）和傅里叶变换（用于分析非周期信号）的数学定义、性质和推导过程。我们将深入探讨信号的幅度谱、相位谱以及功率谱密度，理解它们如何反映信号的频率成分和能量分布。更重要的是，本书将结合MATLAB，展示如何利用傅里叶变换来分析各种信号，例如方波、三角波、冲激信号等，并观察它们在频域下的表现。此外，我们将讲解傅里叶变换在滤波、调制解调、系统频率响应分析等实际工程问题中的应用。例如，如何设计滤波器来去除信号中的噪声，如何理解通信系统中调制的原理，以及如何分析系统的频率选择性。 第三部分：拉普拉斯变换及其在连续时间系统分析中的应用 拉普拉斯变换是傅里叶变换的推广，它能够处理更广泛的信号，特别是包含指数衰减或增长分量的信号，并且在分析连续时间LTI系统的稳定性、瞬态响应和稳态响应方面具有无与伦比的优势。本书将系统地介绍拉普拉斯变换的定义、收敛域（ROC）和基本性质。我们将重点讲解如何利用拉普拉斯变换将时域的微分方程转化为代数方程，从而简化系统的分析。本书将深入探讨传递函数（Transfer Function）的概念，理解它如何表征LTI系统的动态特性，并分析其极点和零点对系统响应的影响。通过MATLAB，读者将学习如何计算和绘制系统的根轨迹，如何利用拉普拉斯变换分析系统的稳定性，以及如何求解系统的零输入响应和零状态响应。此外，本书还将涵盖卷积积分在拉普拉斯域的简化计算，以及它在系统分析中的重要作用。 第四部分：Z变换及其在离散时间系统分析中的应用 随着数字信号处理的飞速发展，离散时间系统分析变得越来越重要。Z变换是离散时间信号与系统分析的有力工具，它在处理差分方程、分析离散时间LTI系统的稳定性、频率响应等方面扮演着关键角色。本书将详细介绍Z变换的定义、收敛域（ROC）和基本性质。我们将着重讲解如何利用Z变换将时域的差分方程转化为代数方程，从而简化系统的分析。本书将深入探讨系统函数（System Function）的概念，理解它如何表征离散时间LTI系统的动态特性，并分析其极点和零点对系统响应的影响。通过MATLAB，读者将学习如何计算和绘制系统的根轨迹，如何利用Z变换分析系统的稳定性，以及如何求解系统的零输入响应和零状态响应。此外，本书还将涵盖卷积和在Z域的简化计算，以及它在系统分析中的重要作用。 第五部分：其他重要概念与高级主题 在掌握了主要的变换方法后，本书还将拓展到一些其他重要且实用的概念。这部分将涵盖概率信号与随机过程，介绍随机信号的基本特性，如均值、自相关函数、功率谱密度，以及它们在通信、控制等领域中的应用。我们还将探讨采样理论，深入理解奈奎斯特采样定理，以及如何进行信号的恢复。此外，本书还将简要介绍一些更高级的主题，如状态空间分析方法，为读者提供更广阔的视野。通过MATLAB，我们将演示如何模拟随机过程，如何进行采样和重建，以及如何可视化复杂的系统模型。 本书的独特优势： 理论与实践的完美结合： 本书最大的亮点是将抽象的数学理论与直观的MATLAB工程实践有机地融合在一起。每一项理论知识的学习都伴随着具体的MATLAB实例，让读者能够将书本上的知识转化为可操作的代码，通过仿真来验证和加深理解。 深入浅出的讲解风格： 本书的讲解注重清晰度和逻辑性，力求让读者循序渐进地掌握复杂的概念。即使是对信号与系统初学者，也能在本书的引导下逐步建立起扎实的理论基础和实践能力。 丰富的案例分析： 书中包含了大量贴近实际工程应用的案例，涵盖了通信、控制、信号处理等多个领域，帮助读者理解所学知识在真实世界中的价值。 强大的学习工具： MATLAB作为本书的辅助工具，能够极大地提升学习效率。读者可以通过MATLAB进行可视化分析、数值计算和系统仿真，从而更深入地探索信号与系统的奥秘。 本书的目标读者广泛，包括但不限于： 电子工程、通信工程、自动化、计算机科学等相关专业的本科生和研究生： 为他们在学习信号与系统课程时提供一本全面、深入且实用的参考教材。 从事相关工程领域的工程师和技术人员： 帮助他们巩固和更新信号与系统分析的知识，提升解决实际工程问题的能力。 对信号与系统分析感兴趣的自学者： 提供一条清晰的学习路径，从基础概念到高级应用，帮助他们逐步掌握这一重要领域的知识。 通过本书的学习，您将不仅仅是掌握一套分析工具，更将获得一种全新的视角去理解和驾驭信息世界。您将能够： 深刻理解信号的组成和传播规律。 准确预测和分析各种系统对信号的响应。 熟练运用傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等变换方法解决实际问题。 高效地利用MATLAB进行信号与系统的仿真、分析和设计。 建立起独立分析和解决复杂信号与系统问题的自信心。 这是一场关于信号与系统探索的深度之旅，融合了严谨的理论、强大的工具和丰富的实践。翻开本书，您将开启一段充满发现与创造的旅程，解锁信息世界更深层次的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的深度和广度真的令人印象深刻。它不仅仅停留在理论的讲解上，更注重将抽象的数学工具与实际的工程问题紧密结合起来。初次接触这门学科时，我常常觉得傅里叶变换、拉普拉斯变换这些概念玄而又玄，难以把握其物理意义。然而，这本书通过大量的图示和清晰的推导过程，逐步揭开了这些“黑箱”。尤其是对于Z变换的介绍，它不仅清晰地解释了离散时间系统的稳定性判据，还巧妙地将其与连续时间系统的概念联系起来，避免了学习过程中的割裂感。作者在阐述每一种变换方法时，都会首先给出其核心的定义和性质，然后立刻跟进一个精心设计的例子，让读者能够立刻体会到该工具的威力。对于那些希望打下坚实基础，而不是仅仅会套用公式的学生来说，这本书无疑是极佳的选择。它要求读者投入精力去理解背后的原理，而不是简单地记忆结论，这种循序渐进的引导方式，让我对信号与系统的理解迈上了一个新的台阶。

评分☆☆☆☆☆

从一个过来人的角度看，这本书对不同学习背景的读者都有相当的包容性。尽管它是一本高阶的教材，但对于那些数学基础稍弱的读者，它提供了足够的“脚手架”。例如，在引入傅里叶级数时，它会非常耐心地回顾复指数函数的性质和三角函数的正交性，确保读者不会因为初级的数学障碍而卡住。相比之下，对于已经掌握了较深厚数学功底的读者，书中提供的那些关于收敛性、理想滤波器特性的深入讨论，又能提供足够的挑战和深度挖掘空间。它没有采用“一刀切”的教学模式，而是通过精妙的内容组织，实现了对不同层次读者的兼顾。这种设计体现了作者对教学过程的深刻理解——教育的本质在于降低进入知识殿堂的门槛，同时又确保殿堂内部的风景足够壮阔。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的排版和阅读体验是我近年来接触的工程类教材中数一数二的。很多技术书籍为了追求内容的密度，往往会牺牲版式设计，导致图文混杂，逻辑不清。但此书在这一点上做得非常出色。章节之间的过渡自然流畅，关键概念和定理都有醒目的标记，使得在复习时能够快速定位重点。更值得称赞的是，它对数学公式的排版极为规范，公式的编号和引用逻辑清晰，即便是复杂的积分和级数表达式，也能一目了然。对于我们这些经常需要查阅公式、对照定义的学习者来说，这种细节上的打磨极大地提高了学习效率。此外，书中穿插的“思考题”和“拓展阅读”部分，虽然不是主干内容，但却极大地丰富了知识的维度，让人在完成基本训练之余，还能对信号处理的前沿应用有所涉猎，而不是把自己局限在一个狭小的知识圈子里。

评分☆☆☆☆☆

我是一名偏爱“动手实践”的学习者，对于任何理论性的课程，如果不能在实际环境中看到其运行效果，总觉得少了点什么。这本书在这方面做到了极大的平衡。虽然它是一本理论教材，但书中关于如何利用数值计算工具进行系统分析和仿真实验的部分，写得非常到位。它并没有把MATLAB的调用当作一个独立的附属品，而是将仿真代码和理论分析紧密地糅合在一起。例如，在讨论卷积和系统的频率响应时，书中的示例代码不仅仅是展示结果，更是引导读者去观察参数变化对系统输出的直观影响。这种“理论指导仿真，仿真反哺理论理解”的闭环学习路径，是我认为这本书最有价值的地方之一。它成功地架起了理论知识到工程实践的桥梁，让信号与系统不再是枯燥的纸面数学，而是可以被直观感知的动态过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常严谨，带着一股学院派特有的逻辑性。它不像某些流行的科普读物那样追求生动的比喻，而是力求在最小的篇幅内，用最精确的语言定义概念。这种严谨性对于打基础至关重要，因为它避免了因过度简化而产生的歧义。在讲解系统的时域和频域分析时，作者的逻辑链条几乎是无懈可击的，每一步推导都建立在前一步的扎实基础上。我特别欣赏它对“线性时不变系统”这一核心概念的反复强调和多角度剖析。从微分方程到状态空间表示，再到卷积和传递函数，作者确保读者能从不同视角理解LTI系统的本质。对于那些希望未来继续深造，或者从事理论研究工作的读者，这种一丝不苟的论证方式是最好的训练，它培养的不仅仅是解题能力，更是严密的数学思维。