(完整word版)泛函分析知识总结汇总,推荐文档

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泛函分析知识总结与举例、应用

学习泛函分析主要学习了五大主要内容:一、度量空间和赋范线性空间;二、有界线性算子和连续线性泛函;三、内积空间和希尔伯特空间;四、巴拿赫空间中的基本定理;五、线性算子的谱。本文主要对前面两大内容进行总结、举例、应用。

一、 度量空间和赋范线性空间

(一)度量空间

度量空间在泛函分析中是最基本的概念,它是n 维欧氏空间n R (有限维空间)的推 广,所以学好它有助于后面知识的学习和理解。

1.度量定义:设X 是一个集合,若对于X 中任意两个元素x ,y,都有唯一确定的实数d(x,y)

与之对应,而且这一对应关系满足下列条件:

1°d(x,y)≥0 ,d(x,y)=0 ? x=y (非负性)

2°d(x,y)= d(y,x) (对称性)

3°对?z ,都有d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y) (三点不等式)

则称d(x,y)是x 、y 之间的度量或距离(matric 或distance ),称为(X,d)

度量空间或距离空间(metric space )。

(这个定义是证明度量空间常用的方法)

注意:⑴ 定义在X 中任意两个元素x ,y 确定的实数d(x,y),只要满足1°、2°、3°都称

为度量。这里“度量”这个名称已由现实生活中的意义引申到一般情况,它用来描述X 中两个事物接近的程度,而条件1°、2°、3°被认为是作为一个度量所必须满足的最本质的性质。

⑵ 度量空间中由集合X 和度量函数d 所组成,在同一个集合X 上若有两个不同的度量函数1d 和2d ,则我们认为(X, 1d )和(X, 2d )是两个不同的度量空间。

⑶ 集合X 不一定是数集,也不一定是代数结构。为直观起见,今后称度量空间(X,d)中的元素为“点” ,例如若x X ∈,则称为“X 中的点” 。

⑷ 在称呼度量空间(X,d)时可以省略度量函数d ,而称“度量空间X ” 。

1.1举例

1.11离散的度量空间:设X 是任意的非空集合,对X 中任意两点x,y ∈X ,令

()1x y d x y =0x=y

≠???,当,,当,则称(X ,d )为离散度量空间。 1.12 序列空间S :S 表示实数列(或复数列)的全体,d(x,y)=1121i i i i i i ?η?η∞

=-+-∑; 1.13 有界函数空间B(A):A 是给定的集合,B(A)表示A 上有界实值(或复值)函数全体,

对B(A)中任意两点x,y ,定义d(x,y)=A

t ∈sup )()(t y t x -

1.14 可测函数空间M(X):M(X)为X 上实值(或复值)的L 可测函数全体。d(f,g)=dt t g t f t g t f x ?-+-)()(1)

()(

1.15 C[a,b]空间(重要的度量空间):C[a,b]表示闭区间[a,b]上实值(或复值)连续函数

全体,对C[a,b]中任意两点x,y ,定义

d(x,y)=)()(max t y t x b

t a -≤≤ 1.16 l 2:无限维空间(重要的度量空间)

★ 例1.15、1.16是考试中常考的度量空间。

2.度量空间中的极限,稠密集,可分空间

2.1 0x 的ε—领域:设(X ,d )为度量空间,d 是距离,定义

{}00(,)U x x X εε==∈∣d(x,x )<为0x 的以ε为半径的开球,亦称

为0x 的ε—领域。

注:通过这个定义我们可以从点集这一章学到的知识来定义距离空间中一个点集的内点,外

点,边界点及聚点,导集,闭包,开集等概念。

2.2度量空间的收敛点列:设(X ,d)是一个度量空间,{}n x 是

(X ,d )中点列,如果存在x X ∈,{}n x 收敛于x ,使lim n n x x →∞

=,即(,)0()n d x x n →→∞,称点列{}n x 是(X ,d )中的收敛点列,x 叫做点列{}n x 的极限,且

收敛点列的极限是唯一的。

注:度量空间中点列收敛性质与数列的收敛性质有许多共同之处。

2.3有界集:设M 是度量空间(X ,d )中的点集,定义,()(,)sup x y M

M d x y δ∈=为点集M 的直

径。若()M δ∞<,则称M 为(X ,d )中的有界集。

(类似于n R ,我们可以证明一个度量空间中收敛点列是有界点集)

2.4闭集:A 是闭集?A 中任意收敛点列的极限都在A 中,即若n x A ∈,n=1,2,....n x x →,

则x A ∈。(要会证明)

2.5举例

2.5.1 n 维欧氏空间n R 中,点列依距离收敛(,)0k d x x →?依分量收敛。

2.5.2 C[a,b]空间中,点列依距离收敛(,)0k d x x →?依分量一致收敛。

2.5.3 序列空间S 中,点列依坐标收敛。

2.5.4 可测函数空间M(X):函数列依测度收敛于f ,即 (,)0n n d f f f f →??。

2.6稠密子集和可分度量空间

有理数集在实数集中的稠密性,它属于实数集中,现把稠密性推广到一般的度量空间中。

2.6.1定义:设 X 是度量空间,E 和M 是X 的两个子集,令M 表示M 的闭包,如果E ?M ,

则称集M 在集E 中稠密,当E=X 时,称M 为X 的一个稠密子集,如果X 有一个

可数的稠密子集,则称X 为可分空间。

注:可分空间与稠密集的关系:由可分空间定义知,在可分空间X 中一定有稠密的可数集。

这时必有X 中的有限个或可数个点在X 中稠密。

2.6.2举例

①n 维欧式空间n R 是可分空间:坐标为有理数的全体是n

R 的可数稠密子集。

②离散度量空间X 可分?X 是可数集。

(因为X 中无稠密真子集,X 中唯一的稠密只有X 本身)

③l ∞是不可分空间。

数学知识间都有联系,现根据直线上函数连续性的定义,引进了度量空间中映射连续性的概念。

3. 连续映射

3.1定义:设X=(X ,d ) Y=(Y ,~d )是两个度量空间,T 是X 到Y 中的映射0x ?X ,如果

对?ε>0,?δ>0 ,使对X 中一切满足d (x ,0x )<δ的x ,有~0(,x )d Tx T ε<,则称T 在0x 连续。

(度量空间之间的连续映射是数学分析中连续函数概念的推广,特别,当映射是值域空间

Y R =时,映射就是度量空间上的函数。

) 注:对于连续可以用定义证明,也可以用邻域的方法证明。下面用邻域描述:对T 0x 的ε-

邻域U ,存在0x 的某个δ—邻域V ,使T V ?U ,其中T V 表示V 在映射T 作用下的像。

3.2 定理1:设T 是度量空间(X ,d )到度量空间(Y ,~d )中映射,

T 在0x X ∈连续?当0n x x →()n →∞时,必有0()n Tx Tx n →→∞。

在映射中我们知道像与原像的概念,下面对原像给出定义。

3.3 原像的定义:映射T 在X 的每一点都连续,则称T 是X 上的连续映射,称集合{x ∣x ∈X ,

Tx ?M ?Y}为集合M 在映射T 下的原像,简记为1T M -。

★可见,对于度量空间中的连续映射可以用定理来证明,也可以用原像的定义来证明。

3.4定理2:度量空间X 到Y 中的映射T 是X 上连续映射?Y 中任意开集M 的原像1T M -是X

中的开集(除此之外,利用1T -(M 的补集)=(1

T M -)的补集,可将定理中

开集改成闭集,定理也成立。)注:像开原像开,像闭原像闭,映射连续。

在数学分析中有学过收敛点列,柯西点列,但研究都在R 中。现在我们可类似的给出度量空间中柯西点列的概念。

4. 柯西(Cauchy )点列和完备的度量空间。

4.1柯西点列的定义 :设X=(X ,d )是度量空间,{n x }是X 中的点列,对?ε>0,?正整

数N=N (ε),使当n,m>N 时,必有d(n x ,m x )<ε,则称{n x }

是X 中的柯西(Cauchy )点列或基本点列。【会判断:柯西点列是有

界点列】

我们知道实数集的完备性,同时在学习数列收敛时,数列收敛的充要条件是数列是Cauchy 列,这由实数的完备性所致。在度量空间中,这一结果未必成立。但在度量空间中的确存在完备的度量空间。

4.2完备的度量空间的定义:如果度量空间(X,d)中每一个柯西点列都在(X,d)中收敛,

那么称(X,d)是完备的度量空间.

★但要注意,在定义中要求X中存在一点,使该柯西点列收敛到这一点。

4.3举例(记住结论)

4.3.1有理数全体按绝对值距离构成的空间不完备,但n维欧式空间n

R是完备的度量空间。

4.3.2在一般度量空间中,柯西点列不一定收敛,但是度量空间中的每一个收敛点列都是柯

西点列:C、C[a,b]、

l∞也是完备的度量空间。

4.4定理完备度量空间X的子空间M,是完备空间?M是X中的闭子空间。

P[a,b](表示闭区间[a,b]上实系数多项式全体,作为C[a,b]的

子空间)是不完备的度量空间.

5. 度量空间的完备化。

5.1等距映射:设(X,d),~~ ,X d

()是两个度量空间,T是从X到

~

X上的映射,即对

?x,y X

∈,~d(Tx,Ty)=d(x,y),则称T是等距映射。

5.2定义:设(X,d),~~ ,X d

()是两个度量空间,如果存在一个从X到

~

X上的等距映射T,

则称(X,d)和~~ ,X d

()等距同构,此时T称为X到

~

X上的等距同构映射。(像

的距离等于原像的距离)

注:在泛函分析中往往把两个等距同构的度量空间不加区别而视为同一的。

5.2定理1(度量空间的完备化定理):设X=(X,d)是度量空间,那么一定存在完备度量

空间

~~~

=,

X X d

(),使X与

~

X的某个稠密子空间W等距同构,并且

~

X在等距同

构下是唯一的,即若(?X,?d)也是一个完备的度量空间,且X与?X的某个稠

密子空间等距同构,则~~ ,X d

()与(?X,?d)等距同构。(不需要掌握证明但是要记住结论)

5.2.1定理1的改述:设X=X

(,d)是度量空间,那么存在唯一的完备度量空间

~~~

=,

X X d

(),使X为~X的稠密子空间。

6. 压缩映射原理及其应用(重点内容,要求掌握并会证明)

学习完备度量空间概念,就需要应用,而压缩映像原理是求解代数方程、微分方程、积分方程,以及数值分析中迭代算法收敛性很好的工具,另外要学会如何求不动点。

6.1压缩映射定义:X 是度量空间,T 是X 到X 的映射,如果存在一个数α,0,1α∈()

,使 对? x ,y X ∈,d (Tx ,Ty )≦αd (x ,y ) 则称T 为压缩映射。

6.2(压缩映射定理)设X 是完备的度量空间,T 是X 上的压缩映射,那么T 有且仅有一个

不动点(即方程Tx=x ,有且只有一个解)。

(x 是T 的不动点?x 是方程Tx=x 的解)

这个定理对代数方程、微分方程、积分方程、数值分析的解的存在性和唯一性的证明中起重要作用。

6.3压缩映射原理的应用:在众多情况下,求解各种方程的问题可以转化为求其某一映射的不动点,现在以大家熟悉的一阶常微分方程

(,)dy f x y dx

= (1) 为例来说明这一点。求微分方程(1)满足初始条件00()y x y =的解与求积分方程

0()(,())x

x y x y f x y t dt =+? (2)

等价。我们做映射

0()(,())x

x Ty x y f x y t dt =+?

则方程(2)的解就转化为求y ,使之满足Ty y =。也就是求这样的y ,它经映射作用后仍变为y 。因此,求解方程(1)就变为求映射T 的不动点,这种求解方程变为求解映射的不动点的做法在数学中是常用的。那么如何求解映射的不动点呢?在R 中求方程解的逐次逼近法给了我们启示。

这种迭代原理是解决映射不动点问题最基本的方法。在解决上述问题中,看到实数完备性的重要作用。

代数方程、微分方程、积分方程及其他方程求解的逐次逼近法在泛函分析中成了一个一般原理,即压缩映射原理,压缩映射原理就是某一类映射不动点存在性和惟一性问题,不

动点可以通过迭代序列求出。

注:(1)从定理的证明过程中发现,迭代序列的初始值可任意选取,最终都能收敛到惟一不动点。

(2)该定理提供了近似计算不动点的误差估计公式,即

),(1),(00x Tx a

a x x n

n ρρ-≤* 因为完备度量空间的任何子集在原有度量下仍然是完备的,所以定理中的压缩映射不需要在整个空间X 上有定义,只要在某个闭集上有定义,且像也在该闭集内,定理的结论依然成立。

在实际应用过程中,有时T 本身未必是压缩映射,但T 的若干次复合n T 是压缩映射,这时T 仍然有惟一不动点,下面是压缩映射原理的应用及相关证明。

例1 线性代数方程b Ax =均可写成如下形式

D Cx x += (3)

其中n n ij c C ?=)(,T n d d d D ),,,(21Λ=。如果矩阵C 满足条件

∑==

1),,2,1(1Λ

则式(3)存在惟一解,且此解可由迭代求得。

证明:取n

R X =,定义度量为 i i n

i b a -=≤≤1max ),(ηξρ T n T n b b b a a a ),,,(,),,,(2121ΛΛ==ηξ

构造映射X X T →:为D Cx Tx +=,那么方程(3)的解等价于映射T 的不动点。

对于T n T n y y y y x x x x ),,,(,),,,(2121ΛΛ==,由于

∑∑==≤≤+-+=n j n

j j j ij j j ij n i d y c d x c Ty Tx 111)()(max ),(ρ ∑∑=≤≤=≤≤≤-=n

j ij n i n j j j ij n

i y x c y x c 1111),(max )(max ρ 记∑=≤≤=n j ij n i c a 11max ,由条件1

有惟一解,且此解可由如下迭代序列

D Cx x k k +=-)1()(

近似计算求得。

例2 考察如下常微分方程的初值问题 ?????==0

0)(),(y x y y x f dx dy (4)

如果),(y x f 在2R 上连续,且关于第二元y 满足Lipschitz 条件,即

1212(,)(,)f x y f x y K y y -≤-

这里0K >是常数,则方程(4)在],[00δδ+-x x 上有惟一解1()K δ<

。 证明:方程(4)的解等价于如下方程

?+=x

x dt t y t f y x y 0))(,()(0 (5)

的解。取连续函数空间],[00δδ+-x x C ,定义其上的映射

],[],[:0000δδδδ+-→+-x x C x x C T

?+=x

x dt t y t f y x Ty 0))(,())((0 则积分方程(5)的解等价于T 的不动点。对任意两个连续函数)(1x y ,],[)(002δδ+-∈x x C x y ,由于

?-=

+-∈x x x x x dt t y t f t y t f Ty Ty 000))](,())(,([max ),(21],[21δδρ ?-≤

+-∈x x x x x dt t y t f t y t f 000))(,())(,(max 21],[δδ 0001212[,]max ()()(,)x

x x x x K y t y t dt K y y δδδρ∈-+≤-≤? 令a K δ=,则1

例3 设),(t s K 是定义在],[],[b a b a ?上的二元连续函数,则对于任何常数λ及任何给定的连续函数],[)(b a C t f ∈,如下Volterra 型积分方程

?+=

t

a t f ds s x t s K t x )()(),()(λ (6) 存在唯一解。 证明:取连续函数空间],[

b a C ,其上定义映射T :]],[,[b a C b a C →为

?+=t

a t f ds s x t s K t Tx )()(),())((λ 则方程(6)的解等价于T 的不动点。由于),.(t s K 在],[],[

b a b a ?上连续,于是),(t s K 在

],[],[b a b a ?有最大值,记为M ,即

{}],[],[),(),(max b a b a t s t s K M ?∈=:

对任何两个连续函数)(),(21t x t x ,由于

?-=-t a ds s x s x t s K t Tx t Tx )]()()[,())(())((2121λ

)

()(max )(21s x s x a t M b s a --≤≤≤λ

),()(21x x a t M ρλ-= ds s Tx s Tx t s K t x T t x T t a ?-=-)])(())()[(,())(())((212212λ

?-≤t

a ds a s x x M )(),(2122ρλ ),(2)(212

22x x a t M ρλ-=

一般地,对自然数n ,归纳可得 ),(!)())(())((2121x x n a t M t x T t x T n n n n n ρλ-≤

-

因此 ))(())((max ),(2121t x T t x T x T x T n n b

t a n n -=≤≤ρ ),(!)(21x x n a b M n

n n ρλ-≤ 注意到0!)(lim =-∞→n a b M n

n n n λ,因此存在自然数0n ,满足

1!

)(00

00<=-a n a b M n n n λ 这说明0n T 是压缩映射,由压缩映射原理可知,有惟一不动点,亦即Volterra 型积分方程(6)有惟一解。

例4(隐函数存在定理) 设函数),(y x f 在带状域b x a ≤≤,∞<<∞-y 中处处连续,且处处有关于y 的偏导数),('

y x f y 。如果存在常数m 和M ,满足 M y x f m y ≤≤<),(0',M m <

则方程0),(=y x f 在区间],[b a 上必有惟一的连续函数)(x y ?=作为解,即

],[,0))(,(b a x x x f ∈≡?

证明:在完备空间],[b a C 中作映射T ,使对于任意的函数],[b a C ∈?,有

))(,(1)())((x x f M

x x T ???-= 按定理条件,),(y x f 是连续的,所以))((x T ?也是连续的,即],[b a C T ∈?,故T 是],[b a C 到],[b a C 的映射。现证T 是压缩映射,],[,21b a C ∈???由微分中值定理存在10<<θ使 ))(,(1)())(,(1)())(())((112212x x f M

x x x f M x x T x T ??????+--=-

))()(())]()(()(,[1)()(12121'12x x x x x x f M

x x y ????θ???-?-+--= )1()()(12M

m x x -

-≤?? 又M m <<0所以10<

按],[b a C 中距离的定义,有)()(),(1212x x T T ??α??ρ-≤,所以T 是压缩映像,存在],[b a C ∈?使??=T ,即))(,(1)()(x x f M x x ???-≡,即0))(,(1≡x x f M

?,所以 )(0))(,(b x a x x f ≤≤≡?

★可见,压缩映射原理在处理迭代数列的收敛、微分方程定解等问题上有着重要的应用,其观点与方法已经渗透到数学的各个分支如常微分方程、数值计算,加深了各分支间的相互联系,应用压缩映射原理解决问题也十分简洁、灵活和方便。

(二)赋范线性空间

1.线性空间

设X 是非空集合,F 是实数域或复数域,称X 为F 上的线性空间,如果满足以下条件:

对?两个元素X y x ∈,,?X 中惟一个元素u 与之对应,u 称为x 与y 的和,记为y x u +=,且满足:

(1)交换律),(X y x x y y x ∈+=+;

(2)结合律),,()()(X z y x z y x z y x ∈++=++;

(3)在X 中存在一个元素θ,称为零元,使)(X x x x ∈=+θ;

(4)对每个X x ∈,存在X x ∈-,使θ=-+)(x x ,x -称为x 的负元。

对任意数F ∈α及X x ∈,存在X 中惟一元素v 与之对应,记为x v α=,称为α与x 的数乘,且满足:

(1)结合律x x )()(αββα= X x F ∈∈,),(βα:

(2)x x =1;

(3)数乘对加法分配律x x x βαβα+=+)(;

(4)加法对数乘分配律y x y x βαα+=+)(。

如果R F =,称X 为实线性空间;如果C F =(复数域),称X 为复线性空间。 对于线性空间:

X 是线性空间(满足加法和数乘运算)

,Y 是X 的非空子集,任意∈x,y Y 及任意α?R ,都有∈x+y Y 及a ∈x Y ,那么Y 按X 中加法和数乘运算也成为线性空间,称为X 的子空间,X 和{0}是平凡子空间。若≠X Y ,则称 Y 是X 的真子空间。

2.赋范线性空间和巴拿赫(Banach )空间(重点内容)

2.1定义:设X 为实(或复)的线性空间,如果对每一个向量x X ∈,有一个确定的实数,

记为║x ║ 与之对应,并且满足:

(1) ║x ║≥0 且║x ║=0 ?x=0

(2) ║αx ║=α║x ║ 其中α为任意实(复)数

(3) ║x+y ║≤║x ║+║y ║ X ∈x,y

则称║x ║为向量x 的范数,称X 按范数║x ║成为赋范线性空间

扩展:①║x ║是x 的连续函数。(要会证明)

②设 {n x }是X 中的点列,如果?x X ∈,使║n x x -║→0 (n →∞)则称{n x }依 范数收敛于x ,记为n x x →(n →∞)或lim n n x x →∞

= ③如果令d (x ,y )=║x-y ║ (X ∈x,y ),{n x }依范数收敛于x ?{n x }按距离 d (x ,y )收敛于x ,称d (x ,y )为是由范数║x ║导出的距离。

★注意:线性贱范空间一定是度量空间,反过来不一定成立。

2.2 完备的线性赋范空间称为巴拿赫(Banach )空间

2.2.1巴拿赫空间的举例

① n 维欧式空间R n ② C[a ,b] ③ l ∞ ④ L p [a ,b]

1p ≥() ⑤ p l

2.2.2其他:①霍尔德Horder(不等式):

?-b a t g t f )()(dt ≤g f p p ; ②闵可夫斯基不等式:

≤+g f p g f p

p 。 (记住结论并会应用)

二、有界线性算子和连续线性泛函

1.算子定义:赋范线性空间X 到另一个赋范线性空间Y 的映射,被称为算子,如果Y 是数域,

则被称为泛函。

2.线性算子和线性泛函

2.1定义:设X 和Y 是两个同为实(或复)的线性空间,D (?)是X 的线性子空间,T 为D 到

Y 中的映射,如果对任何x ,y ∈D 及数α,都有

T (x+y )=Tx+Ty (1)

T (αx)=αTx (2)

则称T 为D 到Y 中的线性算子,其中D 称为T 的定义域,记为D (T ),T D 称为T 的值域 记为R (T),当T 取值于实(或复)数域时,称T 为实(或复)线性泛

函。

2.2几种常见的线性算子和线性泛函的例子:

① 相似算子Tx=αx 当α=1时为恒等算子;当α=0时为零算子;

② P[0,1]是[0,1]上的多项式全体,定义微分算子:(Tx )()d x t dt

(t)=, 若t 0∈[0,1],对?x ?P[0,1],定义f (x )=x′(t 0)则f 是P[0,1]上的线性泛函。

③积分算子:x ∈C[a ,b] Tx (t )=∫ta

x ()τd τ 由积分线性性质知T 为线性算子,若令()f x =∫ba

x ()τd τ则f 是C[a ,b]中的线性泛函 ④乘法算子:x ∈C[a ,b] Tx (t )=tx (t )

⑤R n

中的线性变换是线性算子 3.有界线性算子

3.1 定义:设X 和Y 是两个线性赋范空间,T 是X 的线性子空间D (T )到Y 中线性算子,

如果存在常数c ,使对所有x ∈D (T ),有:║Tx ║≤c ║x ║,则称T 是D (T )到Y 中的线性有界算子,当D (T )=X 时,称T 为X 到Y 中的线性有界算子,简

称为有界算子。否则,称为无界算子。

3.2定理1:设T 是线必性赋范空间X 到线性赋范空间Y 中的线性算子,则T 为有界的充要

条件是T 是X 上的连续算子。(重要定理要会证明)

3.3定理2:设X 是线性赋范空间,f 是X 上线性泛函,f 是X 上连续泛函的?f 的零空间

?(f )是X 中的闭子空间。(重要定理要会证明)

(若f 为有界线性算子,则结论不成立,同时这也是证明泛函连续常用的方法。)

3.4扩展

3.4.1 ‖TX ‖《C ‖X ‖,则T 是有界线性算子。

3.4.2 定理:T 为有界算子?T 是X 上的连续算子

(证明有界方法:①‖T ‖<∞ ②定义法 ③定理法)

3.4.3例子:

①(TX)(t )=?b

a t R ),(τd τ有界;

②(TX)(t )=dx

d (X (t ))无界。(记住结论) 联系:只有X 、Y 是两个赋范线性空间,并且满足一定条件下,才能形成T 是有界线性算子

4.共轭空间

4.1定义:连续线性泛函全体所成的空间为共轭空间,

4.2性质:①任何赋范线性空间的共轭空间是巴拿赫空间。

②当Y 是巴拿赫(Banach )空间时, ?(X →Y)也是巴拿赫Banach 空间。

(注:巴拿赫Banach 空间是完备的赋范线性空间)

4.3例子:(记住结论)

1l '()=l ∞但()l ∞'≠1l ;同样,1=L ∞'(L )但1L ∞'≠(L ) ②P '(L )=q L ,其中p 1+q

1=1 ③2l '()

=2l 联系:共轭空间是线性泛函和赋范线性空间的基础上形成的,因此共轭空间是它们的后续。 全部知识的联系:度量空间→映射→线性泛函;线性空间→赋范线性空间→有界线性算

子和连续线性泛函→共轭空间。完备化的有(完备的度量空间和完备的

赋范线性空间即巴拿赫空间)。从以上的知识可以知道一般情况下证明的

有定义及定理,计算就大约只有求范数并且一般都是证明左右互相包含即

可。

参考文献:[1]程其襄,张奠宙,魏国强,胡善文,王漱石.实变函数与泛函分析基础[M].

北京:高等教育出版社,2010,(3).

[2]孙清华,侯谦民,孙昊.泛函分析内容、方法与技巧[M].湖北:华中科技大学

出版社,2006,(3).

[3]王宗尧,薛以锋,钱张军.应用泛函分析[M].上海:华东理工大学出版社,2002.

[4] 李大华.应用泛函简明教程[M].湖北:华中科技大学出版社,1999,(4).

(完整版)泛函分析复习与总结,推荐文档

《泛函分析》复习与总结 (2014年6月26日星期四 10:20--- 11:50) 第一部分 空间及其性质 泛函分析的主要内容分为空间和算子两大部分. 空间包括泛函 分析所学过的各种抽象空间, 函数空间, 向量空间等, 也包括空间的 性质, 例如完备性, 紧性, 线性性质, 空间中集合的各种性质等等。 以下几点是对第一部分内容的归纳和总结。 一.空间 (1)距离空间 (集合+距离)!验证距离的三个条件:称为是距离空间,如果对于 (,)X ρ,,x y z X ∈(i) 【非负性】,并且当且仅当 (,)0x y ρ≥(,)0x y ρ=【正定性】; x y =(ii) 【对称性】; (,)(,)x y y x ρρ=(iii) 【三角不等式】。 (,)(,)(,)x y x y y z ρρρ≤+距离空间的典型代表:空间、空间、所有的赋范线性空间、 s S 所有的内积空间。 (2)赋范线性空间 (线性空间 + 范数) !验证范数的三个条件:称为是赋范线性空间,如果 (,||||)X ?是数域(或)上的线性空间,对于和 X K =?K =£a K ∈,成立 ,x y X ∈(i) 【非负性】,并且当且仅当【正定性】 ||||0x ≥||||0x =0x =; (ii) 【齐次性】; ||||||||||ax a x =?

(iii) 【三角不等式】。 ||||||||||||x y x y +≤+赋范线性空间的典型代表:空间()、空间(n ?1,2,3,n =L n £) 、空间()、空间(1,2,3,n =L p l 1p ≤≤∞([,])p L a b )、空间、空间、Banach 空间、所有的1p ≤≤∞[,]C a b [,]k C a b 内积空间(范数是由内积导出的范数)。 (3)内积空间 (线性空间 + 内积) !验证内积的四个条件:称为是内积空间,如果 (,(,))X ??是数域(或)上的线性空间,对于和 X K =?K =£a K ∈,成立 ,,x y z X ∈(i) 【非负性】,并且当且仅当【正 (,)0x x ≥(,)0x x =0x =定性】; (ii) 【第一变元可加性】; (,)(,)(,)x y z x z x z +=+(iii) 【第一变元齐次性】; (,)(,)ax z a x z =(iv) 【共轭对称性】。 (,)(,)x z z x =内积空间的典型代表:空间()、空间(n ?1,2,3,n =L n £) 、空间、空间。1,2,3,n =L 2l 2([,])L a b 注. 1) 从概念的外延来理解, 有如下的关系: {内积空间}{赋范线性空间}{距离空间}. ??2) 内积可导出范数, 范数可导出距离, 反之未必. 例如在赋范 线性空间中, 如果范数满足平行四边形公式, 则由范数可以定义内 积. 3) 在距离空间中,,当 0k x x ρ??→?0(,)0k x x ρ→; k →∞赋范线性空间中,,当;|||| 0k x x ???→?0||||0k x x -→k →∞

泛函分析课程论文

泛函分析课程论文 数学与计算科学学院 09数本2班 黄丽萍 2009224725 大四新学年开始了,我们也开始学习了一门综合性及专业性强的课程——泛函分析。首先,理解下“泛函分析”这个概念。 泛函分析是20世纪发展起来的一门新学科,其中泛函是函数概念的推广,对比函数是数与数之间的对应关系,我们发现泛函是函数和数之间的对应关系。在学习泛函分析前,我们先确定学习目标:理解和掌握“三大空间和三大定理”。所以在接下来的两章内容的学习中,我们将先学习“两大空间”——度量空间和赋范线性空间及其相关知识(第七章和第八章)。在学习中慢慢体味泛函分析的综合性及专业性。 第七章的标题已经明确给出了学习任务——度量空间和赋范线性空间。 §1 度量空间 §1.1 定义:若X 是一个非空集合,:d X X R ?→是满足下面条件的实值函数,对于,x y X ?∈,有 (1)(,)0d x y =当且仅当x y =; (2)(,)(,)d x y d y x =; (3)(,)(,)(,)d x y d x z d y z ≤+, 则称d 为X 上的度量,称(,)X d 为度量空间。 【理解】度量空间就是:集合+距离;(满足非负性、对称性及三点不等式) 其实度量空间是在实变函数中接触的知识,但其在泛函分析学科中的重要性,我们可以通过度量空间的进一步例子来感受。 §1.2 度量空间的进一步例子 例:1、离散的度量空间(,)X d ,设X 是一个非空集合,,x y X ?∈,当1,(,)0,=x y d x y x y ≠?=??当当。

2、序列空间S ,i =1i |-|1(,)21+|-|i i i i d x y ξηξη∞ =∑是度量空间 3、有界函数全体()B A ,(,)sup|(t)-(t)|t A d x y x y ∈=是度量空间 4、连续函数[a,b]C ,(,)max|(t)-(t)|a t b d x y x y ≤≤=是度量空间 5、空间2l ,122=1(,)[(-)]k k i d x y y x ∞=∑是度量空间 §1.3度量空间中的极限,稠密集,可分空间 §1.3.1极限:类似数学分析定义极限,如果 {}n x 是(,)X d 中点列,如果?x X ∈,使n l im (,)=0n d x x →∞,则称点列{}n x 是(,)X d 中的收敛点列,x 是点列{}n x 的极限。 同样的类似于n R ,度量空间中收敛点列的极限是唯一的。 §1.3.2稠密子集与可分空间:设X 是度量空间,E 和M 是X 中两个子集,令 M M M ?表示的闭包,如果E ,那么称集M 在集E 中稠密,当E=X 时,称M 为X 的一个稠密子集,如果X 有一个可数的稠密子集,则称X 是可分空间。 即:{},n n M E x E x M s t x x n ??∈??→→∞在中稠密对 §1.3.3 例子 1、 n 维欧氏空间n R 是可分空间; 2、 坐标为有理数的全体是n R 的可数稠密子集; 3、 l ∞是不可分空间。 §1.4 连续映射 §1.4.1定义:设 (,),(,),> 0,X (,) < (T ,T ) < ,o o o o X X d Y Y d T X Y x X d x x x d x x T x εδδε==∈ 是两个度量空间,是到中映射,如果对于任意给定的正数,存在正数 使对 中一切满足 的 ,有 则称在连续。

泛函分析学习心得

泛函分析学习心得 学习《实变函数论与泛函分析》这门课程已有将近一年的时间,在接触这门课程之前就已经听闻这门课程是所有数学专业课中最难学的一门,所以一开始是带着一种“害怕学不好”的心理来学.刚开始接触的时候是觉得很难学,知识点很难懂,刚开始上课时也听不懂,只顾着做笔记了.后来慢慢学下来,在课前预习、课后复习研究、上课认真听课后发现没有想象中的那么难,上课也能听懂了.因此得出了一个结论:只要用心努力去学,所有课程都不会很难,关键是自己学习的态度和努力的程度. 在学习《泛函分析》的前一个学期先学习了《实变函数论》,《实变函数论》这部分主要学习了集合及其运算、集合的势、n 维空间中的点集、外测度与可测集、Lebesgue 可测集的结构、可测函数、P L 空间等内容,这为这学期学习《泛函分析》打下了扎实的基础.我们在这个学期的期中之前学习的《泛函分析》的主要内容包括线性距离空间、距离空间的完备性、内积空间、距离空间中的点集、不动点定理、有界线性算子及其范数等.下面我谈谈对第一章的距离空间中部分内容的理解与学习: 第一章第一节学习了线性距离空间,课本首先给出了线性空间的定义及其相关内容,这与高等代数中线性空间是基本一样的,所以学起来比较容易.接着是距离空间的学习,如果将n 维欧氏空间n R 中的距离“抽象”出来,仅采用性质,就可得到一般空间中的距离概念: 1.距离空间(或度量空间)的定义: 设X 为一集合,ρ是X X ?到n R 的映射,使得使得X z y x ∈?,,,均满足以下三个条件: (1))(0,≥y x ρ,且)(0,=y x ρ当且仅当y x =(非负性) (2))()(x y y x ,,ρρ=(对称性) (3))()()(z y y x z x ,,,ρρρ+≤(三角不等式), 则称X 为距离空间(或度量空间),记作)(ρ,X ,)(y x ,ρ为y x ,两点间的距离. 学习了距离空间定义后,我们可以验证:欧式空间n R ,离散度量空间,连

泛函分析课程总结

泛函分析课程总结 数学与计算科学学院 09数本5班 符翠艳 2009224524 序号:26 一.知识总结 第七章 度量空间和赋范线性空间 1. 度量空间的定义:设X 是一个集合,若对于X 中任意两个元素,x y ,都有唯 一确定的实数(),d x y 与之相对应,而且满足 ()()()()()()()1,0,,0=;2,,;3,,,,d x y d x y x y d x y d y x d x y d x z d z y z ≥=?? ??=????≤+?? 、的充要条件是、、对任意都成立。 则称d 为X 上的一个度量函数,(d X ,)为度量空间,),(y x d 为y x ,两点间的度量。 2. 度量空间的例子 ①离散的度量空间(),X d 设X 是任意的非空集合,对X 中任意两点,x y X ∈,令 ()1,,0,x y d x y x y ≠?? =??=?? 当当 ②序列空间S 令S 表示实数列(或复数列)的全体,对S 中任意两点 ()()12n 12,,...,,...,,...,,...n x y ξξξηηη==及,令 ()11,21i i i i i i d x y ξηξη∞ =-=+-∑ ③有界函数空间B (A ) 设A 是一给定的集合,令B (A )表示A 上有界实值(或复值)函数全体,对B (A )中任意两点,x y ,定义 (),()()sup t A d x y x t y t ∈=- ④可测函数空间m(X) 设m(X)为X 上实值(或复值)的L 可测函数全体,m 为L 测度,若()m X ≤∞,对任意两个可测函数()()f t g t 及,令 ()()(),1()() X f t g t d f g dt f t g t -=+-?

泛函分析知识总结

泛函分析知识总结-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

泛函分析知识总结与举例、应用 学习泛函分析主要学习了五大主要内容:一、度量空间和赋范线性空间; 二、有界线性算子和连续线性泛函;三、内积空间和希尔伯特空间;四、巴拿赫空间中的基本定理;五、线性算子的谱。本文主要对前面两大内容进行总结、举例、应用。 一、度量空间和赋范线性空间 (一)度量空间 度量空间在泛函分析中是最基本的概念,它是n维欧氏空间n R(有限维空间)的推 广,所以学好它有助于后面知识的学习和理解。 1.度量定义:设X是一个集合,若对于X中任意两个元素x,y,都有唯一确定的实数d(x,y)与之对应,而且这一对应关系满足下列条件: 1°d(x,y)≥0 ,d(x,y)=0 ?x=y(非负性) 2°d(x,y)= d(y,x) (对称性) 3°对?z ,都有d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y) (三点不等式) 则称d(x,y)是x、y之间的度量或距离(matric或distance),称 为(X,d)度量空间或距离空间(metric space)。 (这个定义是证明度量空间常用的方法) 注意:⑴定义在X中任意两个元素x,y确定的实数d(x,y),只要满足1°、2°、3°都称为度量。这里“度量”这个名称已由现实生活中的意义 引申到一般情况,它用来描述X中两个事物接近的程度,而条件 1°、2°、3°被认为是作为一个度量所必须满足的最本质的性质。

⑵ 度量空间中由集合X 和度量函数d 所组成,在同一个集合X 上若有两个不同的度量函数1d 和2d ,则我们认为(X, 1d )和(X, 2d )是两个不同的度量空间。 ⑶ 集合X 不一定是数集,也不一定是代数结构。为直观起见,今后称度量空间(X,d)中的元素为“点” ,例如若x X ∈,则称为“X 中的 点” 。 ⑷ 在称呼度量空间(X,d)时可以省略度量函数d ,而称“度量空间X ” 。 举例 离散的度量空间:设X 是任意的非空集合,对X 中任意两点x,y ∈X ,令 ()1x y d x y =0x=y ≠???,当,,当,则称(X ,d )为离散度量空间。 序列空间S :S 表示实数列(或复数列)的全体,d(x,y)=1121i i i i i i ?η?η∞=-+-∑; 有界函数空间B(A):A 是给定的集合,B(A)表示A 上有界实值(或复值)函数 全体,对B(A)中任意两点x,y ,定义d(x,y)= A t ∈sup )()(t y t x - 可测函数空间M(X):M(X)为X 上实值(或复值)的L 可测函数全体。d(f,g)=dt t g t f t g t f x ?-+-)()(1) ()( C[a,b]空间(重要的度量空间):C[a,b]表示闭区间[a,b]上实值(或复值)连续 函数全体,对C[a,b]中任意两点x,y ,定 义 d(x,y)=)()(max t y t x b t a -≤≤ l 2 :无限维空间(重要的度量空间) ★ 例、是考试中常考的度量空间。

实变函数学习心得

实变函数学习心得 实变函数课在我国高等学校数学系的教学计划中属于专业基础课,是一门承上启下的课。下面是为大家准备的实变函数学习心得体会,希望大家喜欢! 实变函数学习心得体会范文篇1 学习实变函数这们课已经一个学期了,对于我们数学专业的学生,大学最难的一门课就是实变函数论与实变函数这门课了。我们用的教材难度比较大,所以根据我自己学习这门课的心得与方法,有以下几点: 1、复习并巩固数学分析等基础课程。学习实变函数这门课程要求我们以数学分析为学习基础,因此,想学好这门课必须有相对比较扎实的数学分析基础。 2、课前预习。实变函数是一门比较难的课程,龙老师上课也讲得比较快、比较抽象,因此,适当的预习是必要的,了解老师即将讲什么内容,相应地复习与之相关内容。如果能够做到这些,那么你的学习就会变得比较主动、深入,会取得比较好的效果。 3、上课认真听讲,认真做笔记。龙老师是一位博学的老师,上课内容涵盖许多知识。因此,上课应注意老师的讲解方法和思路,其分析问题和解决问题的过程,记好课堂笔记,实变函数这门课比较难,所以建议听课是一个全身心投入听、记、思相结合的过程。 4、课后复习,做作业,做练习。我们作为大三的学生,我们要学

会抓住零碎的时间复习实变函数课堂的学习内容,巩固学习。复习不是简单的重复,应当用自己的表达方式再现所学的知识,例如对某些定理证明的复习,不是再读一遍书或课堂笔记,而是离开书本和笔记,回忆有关内容,理解并掌握其证明思路。做作业、做练习时,大家要重视基本概念和基本原理的理解和掌握,不要一头扎进题海中去。 所以,我们学习实变函数总的来说要把握课前、课时与课后的任务,学习内容要多下功夫掌握基本概念和原理及其证明思路,尽可能地掌握作业题目,在记忆的基础上理解,在完成练习中深化理解,在比较中构筑知识结构的框架,是提高学习实变函数课程效率的重要途径。 实变函数学习心得体会范文篇2 古语有云:微机原理闹危机,汇编语言不会编,随机过程随机过,量子力学量力学,实变函数学十遍。其它的不好说,这实变函数确实要多看几遍的。虽然我曾旁听过这门课,但是对于其中的种种总感觉模模糊糊,不甚明了。前几日在网上down了一个完整的教学视频,便想着把这门课重新来过,遂借着这片地方留下一些印记,好督促自己万不可半途而废。 1、集合列的极限有上下极限之分,只有当上下极限相等时,才称集合列存在极限。对于上极限可以这样定义: {x|x属于无穷多个An}.无穷多是用文字语言来进行形象的描述,那么转换成数学的语言应该是怎样的呢?类比数学分析中的聚点原理,我们可以假设若x属于某个Am,那么一定可以找到mm,使得x也属于m,如若不然,x就属于有限个集合,而不是无穷多个了。上述

泛函分析知识总结

泛函分析知识总结与举例、应用 学习泛函分析主要学习了五大主要内容:一、度量空间和赋范线性空间;二、有界线性算子和连续线性泛函;三、内积空间和希尔伯特空间;四、巴拿赫空间中的基本定理;五、线性算子的谱。本文主要对前面两大内容进行总结、举例、应用。 一、度量空间和赋范线性空间 (一)度量空间 度量空间在泛函分析中是最基本的概念,它是n维欧氏空间n R(有限维空间)的推 广,所以学好它有助于后面知识的学习和理解。 1.度量定义:设X是一个集合,若对于X中任意两个元素x,y,都有唯一确定的实数d()与之对应,而且这一对 应关系满足下列条件: 1°d()≥0 ,d()=0 ?x=y(非负性) 2°d()= d() (对称性) 3°对?z ,都有d()≤d()() (三点不等式) 则称d()是x、y之间的度量或距离(或),称为 ()度量空间或距离空间()。 (这个定义是证明度量空间常用的方法)

注意:⑴ 定义在X 中任意两个元素x ,y 确定的实数d(),只要 满足1°、2°、3°都称为度量。这里“度量”这个名 称已由现实生活中的意义引申到一般情况,它用来描 述X 中两个事物接近的程度,而条件1°、2°、3°被 认为是作为一个度量所必须满足的最本质的性质。 ⑵ 度量空间中由集合X 和度量函数d 所组成,在同一个 集合X 上若有两个不同的度量函数1d 和2d ,则我们认为 (X, 1d )和(X, 2d )是两个不同的度量空间。 ⑶ 集合X 不一定是数集,也不一定是代数结构。为直观 起见,今后称度量空间()中的元素为“点” ,例如若 x X ∈,则称为“X 中的点” 。 ⑷ 在称呼度量空间()时可以省略度量函数d ,而称“度 量空间X ” 。 1.1举例 1.11离散的度量空间:设X 是任意的非空集合,对X 中任意两点∈X ,令 ()1x y d x y =0x=y ≠??? ,当,,当,则称(X ,d )为离散度量空间。 1.12 序列空间S :S 表示实数列(或复数列)的全体,d()=1121i i i i i i ?η?η∞=-+-∑; 1.13 有界函数空间B(A):A 是给定的集合,B(A)表示A 上有界

实变函数与泛函分析课程教学大纲

《实变函数与泛函分析》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码:110047 课程名称:实变函数与泛函分析 英文名称:Real variable analysis And Functional analysis 课程类别:专业基础课 学时:50 学分:3 适用对象:信息与计算科学专业本科 考核方式:考试,平时成绩30%,期末成绩70% 先修课程:数学分析和高等代数 二、课程简介 中文简介:实变函数起源于对连续而不可微函数以及Riemann可积函数等的透彻研究,在点集论的基础上讨论分析数学中一些最基本的概念和性质,其主要内容是引入Lebesgue积分并克服了Riemann积分的不足。它是数学分析的继续、深化和推广,是一门培养学生数学素质的重要课程,也是现代数学的基础。泛函分析起源于经典的数学物理边值问题和变分问题,同时概括了经典分析的许多重要概念,是现代数学中一个重要的分支,它综合运用了分析、代数与几何的观点和方法研究、分析数学和工程问题,其理论与方法具有高度概括性和广泛应用性的特点。 英文简介:Real variable analysis And Functional analysis is a theoretical course of mathematics which can be used in variable fields such as engineering and technology, physics, chemical, biology, economic and other fields. The educational aim in this course is to develop the abilities of students in analyzing and solving practical problem by the special ways of Real variable analysis And Functional analysis’ thinking and reasoning. 三、课程性质与教学目的 本课程是在实变函数与泛函分析基本理论的基础上,着重泛函分析的应用,教学的目的是丰富学生的知识和培养学生解决实际问题的能力。本课程就其实质来说是方法性的,但对于应用学科的学生来说,作为授课的目的,则是知识性的,故在教学方法和内容的选择上来说,只能让学生了解那些体现实变函数与泛函分析基本特征的思想内容,冗难的证明过程应尽量避免。本课程要求如下: 1. 理解和掌握集合间的关系和集与映射间的关系,了解度量空间的相关概念和Lebesgue可测集的有关内容和性质。

泛函分析总结

泛函分析知识点小结及应用 §1 度量空间的进一步例子 设X 是任一非空集合,若对于∈?y x ,X ,都有唯一确定的实数()y x d ,与之对应, 且满足 1.非负性:()y x d ,0≥,()y x d ,=0y x =?; 2. 对称性:d(x,y)=d(y,x); 3.三角不等式:对∈?z y x ,,X ,都有()y x d ,≤()z x d ,+()z y d ,, 则称(X ,d ) 为度量空间,X 中的元素称为点。 欧氏空间n R 对n R 中任意两点 ()n x x x x ,,,21 =和()n y y y y ,,,21 =,规定距离为 ()y x d ,=()2 1 12?? ? ??-∑= n i i i y x . []b a C ,空间 []b a C ,表示闭区间[]b a ,上实值(或复值)连续函数的全体.对[]b a C ,中任意两点y x ,,定义()y x d ,=()()t y t x b t a -≤≤max . p l ()1+∞<≤p 空间 记p l ={}??????∞<=∑∞ =∞=11k p k k k x x x . 设{}∞==1k k x x ,{}∞==1k k y y ∈p l ,定义 ()y x d ,=p i p i i y x 11???? ??-∞=. 例1 序列空间S 令S 表示实数列(或复数列)的全体,对{}∞==?1k k x x ,{}∞==1 k k y y ,令 ()y x d ,=∑ ∞=121k k k k k k y x y x -+-1. 例2 有界函数空间()A B 设A 是一个给定的集合,令()A B 表示A 上有界实值(或复值)函数的全体. ∈?y x ,()A B ,定义 ()y x d ,=()()t y t x A t -∈sup . 例3 可测函数空间()X M 设()X M 为X 上实值(或复值)的可测函数的全体,m 为Lebesgue 测度,若 ()X m ∞<,对任意两个可测函数()t f 及()t g ,由于 ()()()() 11<-+-t g t f t g t f ,故不等式左 边为 X 上可积函数. 令 ()g f d ,=()()()() t 1f t g t d X f y g t -?+-. §2 度量空间中的极限 设 {}∞=1n n x 是 ()d X ,中点列,若X x ∈?,s.t. ()0,lim =∞→x x d n n (*) 则称{}∞=1n n x 是收敛点列,x 是点列{}∞ =1n n x 的极限. 收敛点列的极限是唯一的. 若设n x 既牧敛于x 又收敛 y ,则因为 ()()()0,,,0→+≤≤n n x y d x x d y x d ()∞→n ,而有 ()y x d ,=0. 所以x =y . 注 (*)式换一个表达方式:()x x d n n ,lim ∞ →=( ) x x d n n ,lim ∞ →. 即当点列极限存在时,

泛函分析课程总结论文

泛函分析课程总结论文 第一部分:知识点体系 第七章:度量空间和赋范线性空间 度量空间:把距离概念抽象化,对某些一般的集合引进点和点之间的距离,使之成为距离空间,这将是深入研究极限过程的一个有效步骤。 泛函分析中要处理的度量空间,是带有某些代数结构的度量空间,例如赋范线性空间,就是一种带有线性结构的度量空间。 一、度量空间的进一步例子 1、度量空间的定义 定义1.1 设X 为一个集合,一个映射X X R ?→d :.若对于任何x ,y,z 属 于X ,有 1°d(,)0x y ≥,且d(,)0x y =当且仅当x y =(非负性); 2°(,)(,)d x y d y x =(对称性); 3°(,)(,)(,)d x y d x z d z y ≤+ (三角不等式) 则称d 为集合X 的一个度量,同时称 () ,X d 为一个度量空间 (课本第二章第一节中已经讲解了度量空间的定义,第七章第一节接着讲解度量空间,下面介绍六种度量空间。) 2、常见的度量空间 例2.1 离散的度量空间 设 x 是任意的非空集合,对 x 中的任意两点 ,令 称 为离散的度量空间。 例2.2 序列空间S 令S 表示实数列(或复数列)的全体,对S 中的任意两点 令 称 为序列空间。 例2.3 (3)有界函数空间B(A ) 设A 是一个给定的集合,令B(A)表示A 上有界实值(或复值)函数全体, 对B(A)中任意两点x,y ,定义 ,x y X ∈1,(,)0,if x y d x y if x y ≠?=?=?(,)X d 1212(,,...,,...),(,,...,,...), n n x y ξξξηηη==1|| 1(,)21||i i i i i i d x y ξηξη∞ =-=+-∑(,)S d (,)sup |()()|t A d x y x t y t ∈=-

泛函分析知识总结

泛函分析知识总结与举例、应用 学习泛函分析主要学习了五大主要内容:一、度量空间和赋范线性空间;二、有界线性算子和连续线性泛函;三、内积空间和希尔伯特空间;四、巴拿赫空间中的基本定理;五、线性算子的谱。本文主要对前面两大内容进行总结、举例、应用。 一、 度量空间和赋范线性空间 (一)度量空间 度量空间在泛函分析中是最基本的概念,它是n 维欧氏空间n R (有限维空间)的推 广,所以学好它有助于后面知识的学习和理解。 1.度量定义:设X 是一个集合,若对于X 中任意两个元素x ,y,都有唯一确定的实数d(x,y) 与之对应,而且这一对应关系满足下列条件: 1°d(x,y)≥0 ,d(x,y)=0 ? x=y (非负性) 2°d(x,y)= d(y,x) (对称性) 3°对?z ,都有d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y) (三点不等式) 则称d(x,y)是x 、y 之间的度量或距离(matric 或distance ),称为(X,d)度量空 间或距离空间(metric space )。 (这个定义是证明度量空间常用的方法) 注意:⑴ 定义在X 中任意两个元素x ,y 确定的实数d(x,y),只要满足1°、2°、3°都称为 度量。这里“度量”这个名称已由现实生活中的意义引申到一般情况,它用来描述X 中两个事物接近的程度,而条件1°、2°、3°被认为是作为一个度量所必须满足的最本质的性质。 ⑵ 度量空间中由集合X 和度量函数d 所组成,在同一个集合X 上若有两个不同的度量函数1d 和2d ,则我们认为(X, 1d )和(X, 2d )是两个不同的度量空间。 ⑶ 集合X 不一定是数集,也不一定是代数结构。为直观起见,今后称度量空间(X,d)中的元素为“点” ,例如若x X ∈,则称为“X 中的点” 。 ⑷ 在称呼度量空间(X,d)时可以省略度量函数d ,而称“度量空间X ” 。 1.1举例

《泛函分析》课程标准

《泛函分析》课程标准 英文名称:Functional Analysis 课程编号:407012010 适用专业:数学与应用数学学分数:4 一、课程性质 泛函分析属于数学一级科下的基础数学二级学科,在数学与应用数学专业培养方案中学科专业教育平台中专业方向课程系列的一门限选课程。 二、课程理念 1、培育理性精神,提高数学文化素养 基础数学研究数学本身的内在规律,是整个数学学科的基础,它在数学学科其他领域、物理学、工程及社会科学中都有着广泛的应用。《泛函分析》课程是数学与应用数学本科学生的专业课程之一,是数学分析、高等代数、实变函数等基础课程的后继课程,是研究生学习的基础,。它不仅在数学学科占有十分重要的地位,而且在其他学科领域也有广泛的应用,掌握泛函分析的方法对学生更好地理解基础课程的理论将有很大的益处。该课程培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力,体现知识、能力和素质的统一,符合应用型人才培养的目标要求。 2、良好的学习状态,提高综合解题能力 本课程面对的是数学与应用数学专业四年级的学生。学生刚刚结束教育实习,准备考研的学生进入紧张复习阶段,另一部分学生开始准备找工作。《泛函分析》这门课内容比较抽象,课时又少,所以,如何让学生安保持良好的学习状态,是本门课要面对的一个重要问题,也是学生要面对的一个具体问题。需要师生共同努力去正确面对才能顺利完成本门课的教学任务。为学习研究生课程和现代数学打下必要的基础;进一步提高学生的数学素养。 3、内容由浅入深 本课程的框架结构是根据教学对象和教学任务来安排的: “度量空间”泛函分析的基本概念之一,十分重要。首先,引入度量空间的概念,并在引入度量的基础上定义了度量空间中的极限、稠密集、可分空间、连续映照、柯西点列、完备度量空间,对于一般的度量空间,给出了度量空间的完备化定理,并证明了压缩映照原理。然后,在度量空间上定义线性运算并引入范数,就得到线性赋范空间以及巴拿赫空间。在赋范空间上定义线性算子及线性泛函,并讨论相关性质。第三步,在线性赋范空间上定义内积,可以得到内积空间和希尔伯特空间的定义,在内积空间上引入正交以及投影的概念,并建立起相应的几何学,还要讨论希尔伯特空间上的算子,特别是自伴算子、酉算子、正常算子的一些初步性质。最后,介绍巴拿赫空间中的四个著名定理:Hahn-Banach泛函延拓定理,一致有界性定理,逆算子定理和闭图像定理,这些定理充分显示了泛函分析的威力及其广泛应用。 4、理论联系实际,拓展学生知识面 在教学过程中,主要把握以下几点:将先进的教学思想和教学理念贯穿到课程的内容和体系;强化数学思想方法、加强学生分析解决问题能力和数学素养的培养,让学生接受现代的、新的观念,以启迪学生的创新思维;准确把握课程定位,培养学生掌握扎实的数学基础知识、严密的逻辑思维能力以及应用数学知识解决实际问题的能力,同时为学生向科研型理论型人才发展留下充足的空间。课堂教学提倡启发式,采用各种现代化的教学手段,有些内容举一些数学分析中的例子使学生容易理解泛函分析的抽象理论等。教师通过应用信息技术手段,可以使得授课内容信息量大,学生更能深入泛函分析的内容。 要求学生做到:将书上的基本知识点吃透,注意咬文嚼字;注意抽象思维能力和逻辑思维能力,要求会做一些理论证明;要求在上课时认真听讲,完成课上训练和课堂作业.课下能够查阅

泛函分析报告结课论文设计

泛函分析结课论文Functional Analysis Course Paper 学号

一、泛函分析空间理论 泛函中四大空间的认识 第一部分我们将讨论线性空间,在线性空间的基础上引入长度和距离的概念,进而建立了赋线性空间和度量空间。 在线性空间中赋以“数”,然后在数的基础上导出距离,即赋线性空间,完备的赋线性空间称为巴拿赫空间。数可以看出长度,赋线性空间相当于定义了长度的空间,所有的赋线性空间都是距离空间。 在距离空间过距离的概念引入了点列的极限,但是只有距离结构、没有代数结构的空间,在应用过程中受到限制。赋线性空间和积空间就是距离结构与代数结构相结合的产物,较距离空间有很大的优越性。 赋线性空间是其中每个向量赋予了数的线性空间,而且由数诱导出的拓扑结构与代数结构具有自然的联系。完备的赋线性空间是Banach空间。赋线性空间的性质类似于熟悉的n R,但相比于距离空间,赋线性空间在结构上更接近于n R。 赋线性空间就是在线性空间中,给向量赋予数,即规定了向量的长度,而没有给出向量的夹角。 在积空间中,向量不仅有长度,两个向量之间还有夹角。特别是定义了正交的概念,有无正交性概念是赋线性空间与积空间的本质区别。任何积空间都赋线性空间,但

赋线性空间未必是积空间。 距离空间和赋线性空间在不同程度上都具有类似于n R 的空间结构。事实上,n R 上还具有向量的积,利用积可以定义向量的模和向量的正交。但是在一般的赋线性空间中没有定义积,因此不能定义向量的正交。积空间实际上是定义了积的线性空间。在积空间上不仅可以利用积导出一个数,还可以利用积定义向量的正交,从而讨论诸如正交投影、正交系等与正交相关的性质。Hilbert 空间是完备的积空间。与一般的Banach 空间相比较,Hilbert 空间上的理论更加丰富、更加细致。 1 线性空间 (1)定义:设X 是非空集合,K 是数域,X 称为数域上K 上的线性空间,若,x y X ?∈,都有唯一的一个元素z X ∈与之对应,称为x y 与的和,记作 z x y =+ ,x X K α?∈∈,都会有唯一的一个元素u X ∈与之对应,称为x α与的积,记作 u x α= 且,,x y z X ?∈,,K αβ∈,上述的加法与数乘运算,满足下列8条运算规律: 10 x y y x +=+ 20 ()()x y z x y z ++=++ 30 在X 中存在零元素θ,使得x X ?∈,有x x θ+= 40 x X ?∈,存在负元素x X ?-∈,使得()x x θ+-= 50 1x x ?= 60 ()()x x αβαβ= 70 ()+x x x αβαβ+= 80 ()x y x y ααα+=+ 当K R =时,称X 为实线性空间;当K C =时,称X 为复线性空间 (2)维数: 10 设X 为线性空间, 12,,,n x x x X ∈若不存在全为0的数12,,,n K ααα∈,使 得 11220n n x x x ααα++ +=

研究生泛函分析总结

应用泛函分析总结 1.距离空间的定义:设X 是非空集合,若存在一个映射d :X ×X →R ,使得 ?x,y,z ∈X,下列距离公理成立: (1)非负性:d(x,y)≥0,d(x,y)=0?x=y; (2)对称性:d(x,y)=d(y,x); (3)三角不等式:d(x,y)≤d(x,z)+d(z,y); 则称d(x,y)为x 与y 的距离,X 为以d 为距离的距离空间,记作(X ,d ). P37 例题2.1.2 2.距离空间中的开集与闭集【两个定理的证明会考一个】 设A ?X ,若0A A =,则称A 为X 中的开集;若A =A ,则称A 为X 中的闭集。 定理2.2.1(开集与闭集的对偶性)开集的余集是闭集,闭集的余集是开集。 证:设A 为开集,则有A ??C A ;再由'0A A A A A =?=,有 C C C C C C C A A A A A A A A =?=?=?= )()()(0 故C A 为闭集,若A 为闭集,则由A A A A A ?=?=\\0,有 () () C C C C C C C C C C C A A A A A A A A A A A ==?=?=?=?=)())(())(()(\0 故C A 为开集。 定理2.2.2任意个开集的并集是开集,有限个开集的交集是开集。 证:设αG (α∈I)为开集,令ααG G U I ∈=,则?x ∈G ,I ∈?β,使得βG x ∈。由β G 为开集,知?r >0,使得 G G x B ??β)(r 从而x 为G 的内点,故G 为开集;又设k k G G n 1==,其中k G (k=1,2,…,n )为开集,则?x ∈G,有x ∈k G (k=1,2,…, n ).由k G 开,知?k r >0,使得k r G x B k ?)(,故取 }{r min 1k n k r ≤≤=,则有 G G x B k n k r =?= 1 )(,从而有x 为G 的内点,故G 亦为开集。 3.稠密性(掌握概念) 设A,B 是距离空间X 的两个子集,则 (1)A 称为X 中的稠集,若A =X

泛函分析读书笔记

《泛函分析》读书笔记 Reading Notes about Functional Analysis 崔继峰 所谓的泛函呢,就是一般函数,泛函分析当然就是一般函数的分析研究。在学习泛函之前,需要有扎实的《实变函数》知识。大学期间,曾用半年时间学过由南开大学刘炳初教授编著,科学出版社出版的《泛函分析》,讲课的是哈尔滨工业大学的包革军教授,他讲泛函的最大特点是把泛函与几何图形有机结合,把艰深的纯理论讲的惟妙惟肖。在进入研究生学习阶段,《泛函分析》作为计算数学研究生的基础理论课程,是必选的。我们选用的教材是由武汉大学刘培德教授主编,武汉大学出版社出版的《泛函分析(第二版)》,该教材是面向本科生的,系里之所以考虑选择此教材,是由于考虑到有些学生在本科阶段没有或者很粗浅的认识了《泛函分析》这门课程,主讲该课程的是高云兰博士,她的方向就是算子方面的研究,所以讲解该课程那是轻车熟路了。课时大约是48学时(粗略估计)。由于以下两方面的原因:1)对于《泛函分析》认识很粗浅;2)第一次写读书笔记(尤其是专业课类),不知道如何从略。所以读书笔记可能从在诸多问题,希望老师见谅!下面我从几个方面写本学期学习《泛函分析》的感受和认识。我本着这样态度写该笔记:1)了解泛函是什么,泛函的发展(很多教材把这个从略)2)把空间的理论知识系统学习,对于其他理论的学习作抛砖引玉之用。3)学习泛函的实际作用(也就是附录里的滤波器理论的应用)。 泛函分析是研究拓扑线性空间到拓扑线性空间之间满足各种拓扑和代数条件的映射的分支学科。它是20世纪30年代形成的。从变分法、微分方程、积分方程、函数论以及量子物理等的研究中发展起来的,它运用几何学、代数学的观点和方法研究分析学的课题,可看作无限维的分析学。 一、泛函分析的产生 十九世纪以来,数学的发展进入了一个新的阶段。这就是,由于对欧几里德第五公设的研究,引出了非欧几何这门新的学科;对于代数方程求解的一般思考,最后建立并发展了群论;对数学分析的研究又建立了集合论。这些新的理论都为用统一的观点把古典分析的基本概念和方法一般化准备了条件。 本世纪初,瑞典数学家弗列特荷姆和法国数学家阿达玛发表的著作中,出现了把分析学一般化的萌芽。随后,希尔伯特和海令哲来创了“希尔伯特空间”的研究。到了二十年代,在数学界已经逐渐形成了一般分析学,也就是泛函分析的基本概念。 由于分析学中许多新部门的形成,揭示出分析、代数、集合的许多概念和方法常常存在相似的地方。比如,代数方程求根和微分方程求解都可以应用逐次逼近法,并且解的存在和唯一性条件也极其相似。这种相似在积分方程论中表现得就更为突出了。泛函分析的产生正是和这种情况有关,有些乍看起来很不相干的东西,都存在着类似的地方。因此它启发人们从这些类似的东西中探寻一般的真正属于本质的东西。

泛函分析课程重点

泛函分析单元知识总结与知识应用 数学与计算科学学院数学与应用数学一、单元知识总结 第七章、度量空间和赋范线性空间 §度量空间 §1.1定义:若X是一个非空集合,d :X X R是满足下面条件的实值函数, 对于x,y X,有(1)d(x,y) 0当且仅当X y ; (2)d(x,y) d(y,x); (3)d(x,y) d(x,z) d(y,z),则称d 为X 上的度量,称(X d)为度量空间。 例:1、设X是一个非空集合,x, y X,当d(x,y) 1,当x y 0,当x=y 则(X d)为离散的度量空间。 2、序列空间S,d(x y) 1i 1 i'i|是度量空间 'i=1 2i 1+| i-i l 3、有界函数全体B(A),d(x, y) sup|x(t)-y(t)| 是度量空间 t A 4、连续函数C[a,b],d(x,y) max|x(t)-y(t)|是度量空间 a t b 1 2 o - 5、空间I,d(x,y) [ (y k-x k) ]2是度量空间 i=1 §2度量空间中的极限,稠密集,可分空间 §2.1收敛点列:设焉是(X,d)中点列,如果x X,使lim d(x n,x)=0,n 则称点列x n是(X,d)中的收敛点列。 例:1、x, R n,x n按欧氏距离收敛于x的充要条件为1 i n,各

点列依分量收敛 2、C[a,b]中d(x,y) 0 x k x (一致) 3、可测函数空间M(X)中点列 d(f n, f ) 0 f n f( 依测度) §3 连续映射 §3.1对TX Q的每个领域U,必有X o的某个领域V是TV U ,其中TV 表示V 在映射T 作用下的像。 §3.2定理1设T是度量空间(X,d)到度量空间d(Y,d)中的映射,那么T在x0 X 连续的充要条件为当x n x0(n ) 时,必有Tx n Tx0(n ) 定理2度量空间X到Y中映射T是X上连续映射的充要条件为Y中任意开集M的原像T-1M是X中的开集。 §4 柯西点列和完备度量空间 §4.1定义:设X (X,d)是度量空间,X n是X中点列,如果对0,正整数N N(),使当n, m N时,必有d(x n, X m) ,则称x n是X 中的柯西点列,如果度量空间(X,d)中每个点列都在(x,d)中收敛,那么称(X,d)是完备的度量空间。 例: 1 、C[a,b] 是完备度量空间 2、l 2是完备度量空间 3、R n是完备的度量空间 注意:1、Q全体按绝对值距离构成的空间不完备 2、柯西点列不一定收敛,但是度量空间中每一个收敛点列都是柯西点列

学习泛函分析心得

学习泛函分析心得 学院:数计院班别:10数本1班学号:2010224315(25)姓名:侯月容转眼间,就进入到大四的生活了,时间为什么就过得这么快呢。四年的大学 生活即将要结束了。进入到大四,总感觉自己的心不是很定,想的事情也特别多了,即将要面临找工作的事,现在就开始有些担心了。但这学期还有课要上的,其中重要的一门课是泛函分析,下面说说我学习泛函分析的一些感受。 邓老师,上个学期就开始听你上课了,之前就听师兄说实变函数挺难的。刚开始的时候我觉得还好,还能大概听懂。可是慢慢地,发现越来越难,很多都听不懂,有的时候自己不小心走神一下,等我清醒过来再继续听,就完全听不懂了。总感觉自己真差劲,脑子也没有其它同学好,不够别的同学勤奋。有的同学平时不怎么听课,考试却考的很好。有的时候我努力了,却学习效果不好。还记得上个学期的期中考试,我也很认真努力地复习,看书,也许是重点没抓住,期中却考了个刚好及格,60分而已。当时传阅成绩的时候,一看到自己这个分数,突然就心里特别伤心,不想说话。然后就暗下决心,期末我一定要努力复习考好,不能补考。而这学期还要上和实变函数差不多的泛函分析,一开始拿到课本,心里就很担心,这门课我真的觉得好难,比数学分析还要难,以前学习数学分析还挺好的,大部分都能听懂。但是数学分析学了好久了,感觉学厌了。对于泛函分析,还是挺新奇的,课本不算厚。刚开始上课的时候,也还能听懂很多,比如老师说的一些概念,定理,自己都能理解的。感觉并没有想象中难。可是上了两节课之后,自己感觉越来越吃力了,听不懂,看不明白。特别是一些例子,根本不知道为什么是这样解,为什么要这样做,心中有很多很多的疑问。上课时,很认真地听老师上课,看着黑板。可是看着看着就走神了,不知道听到哪里去了。有的时候,有些地方是听懂了,可是到自己要做题的时候,完全不知道怎么下手,不知道怎么去想,好像和老师上课讲的,和课本的又联系不上。所以每次课后老师都会布置作业,让我们巩固知识。可是作业都不会做。有的题目看到和老师讲得类似,就模仿老师的解法写了,也不知道对还是错。 对于作业,其实我们每一个同学都有点头疼,很多同学都不会做。大学的数学真的很难,和高中并没有太多的联系。很多时候会在想,为什么要学这么深奥的东西,对以后的工作生活有真正的用处吗?想了之后还是安慰自己说,还是努力学好它吧,起码要把考试考好。既然自己选择了数学,就要喜欢它,不能讨厌它。老师,说真的,到目前,我觉得泛函分析好难,不知道怎么去学它,心里很怕它,学了那么久数学分析,觉得它比数学分析还要难理解,还要难学。心里总怕考试会考不好。不知道其他同学感觉怎么样,而我很多都听不懂,听懂了,但做题又不会做。而不懂的问题越积越多,最后却都放一边不管了,我知道这都是自己不好,不认真学习。而现在,心里想的都是工作,都没什么心思学习了。老师,泛函分析这本书的内容很抽象,我就是听不懂啊,怎么办? 以前总听师兄师姐说大四的时间过得会更快,转眼就要毕业了。是啊,一个学期又快要结束了。上了几堂课后就进入实习阶段,然后就是一心准备实习的内容,实习后又一心准备实习后要上交的材料,而现在招聘的信息又来了,心里又想着找工作的事,上课的事有些放轻了,没有把心思放在上课学习上,希望老师能体谅。大学也许就是一个培养我们独立思考能力的一个好地方。泛函分析虽然很难,但是它的抽象,让我们也有一个抽象的思维,它难,但我有独立思考过

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