泛函分析报告结课论文设计

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泛函分析解读课程设计

泛函分析解读课程设计

泛函分析解读课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解泛函分析的基本概念,如赋范线性空间、内积空间、有界线性算子等;2. 掌握泛函分析中的重要性质和定理,如开映射定理、闭图像定理、Hahn-Banach定理等;3. 学会运用泛函分析方法解决实际问题,如优化问题、微分方程等。

技能目标:1. 能够运用泛函分析的知识对实际问题进行建模和求解;2. 能够运用数学软件(如MATLAB)进行泛函分析的计算;3. 能够运用逻辑推理和证明方法,阐述泛函分析中的性质和定理。

情感态度价值观目标:1. 培养学生严谨、科学的思维方式和探究精神,增强对数学美的感悟;2. 培养学生团队协作和沟通交流的能力,学会倾听、尊重他人观点;3. 激发学生对数学学科的兴趣和热情,提高学生的学术素养。

课程性质:本课程为高年级数学专业或相关专业的学科基础课程,旨在帮助学生掌握泛函分析的基本概念、性质和定理,培养其运用泛函分析方法解决实际问题的能力。

学生特点:学生具备一定的数学基础和分析能力,具有较强的逻辑思维和抽象思维能力。

教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,强调知识的应用性和实践性。

通过案例分析、讨论交流等教学方式,引导学生掌握泛函分析的核心内容,提高其分析问题和解决问题的能力。

同时,注重培养学生的学术素养和团队协作精神。

在教学过程中,将课程目标分解为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 引言与背景:介绍泛函分析的发展历程、应用领域及与其它数学分支的联系。

2. 赋范线性空间:涵盖赋范线性空间的定义、性质、例证,以及范数的性质和运算。

- 教材章节:第2章 赋范线性空间- 内容列举:范数的定义与性质、Cauchy序列与完备性、赋范线性空间的例子。

3. 内积空间:探讨内积的定义、性质、希尔伯特空间及其几何意义。

- 教材章节:第3章 内积空间- 内容列举:内积的定义与性质、Cauchy-Schwarz不等式、内积空间的例子、希尔伯特空间。

泛函分析课程论文

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 XR ⨯→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xy =;(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 Ad x y x y ∈=是度量空间4、连续函数[a,b]C ,(,)max|(t)-(t)|a t bd x y x y ≤≤=是度量空间5、空间2l ,122=1(,)[(-)]k ki 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。

泛函分析解读课程设计

泛函分析解读课程设计

泛函分析解读课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握泛函分析的基本概念、理论和方法,培养学生运用泛函分析解决实际问题的能力。

具体目标如下:1.知识目标:(1)理解泛函空间、赋范空间和内积空间的基本概念;(2)掌握线性映射、连续线性映射的性质和分类;(3)熟悉泛函分析中的主要定理,如闭图像定理、开映射定理等;(4)了解泛函分析在数学物理中的应用。

2.技能目标:(1)能运用泛函分析的基本概念和理论解决相关问题;(2)具备较强的逻辑思维和推理能力,能够运用泛函分析方法证明相关结论;(3)掌握文献查阅和综述能力,能够跟进泛函分析领域的前沿动态。

3.情感态度价值观目标:(1)培养学生的团队合作精神,提高沟通与协作能力;(2)激发学生对泛函分析的兴趣,树立终身学习的信念;(3)培养学生严谨治学、诚实守信的学术态度。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分:1.泛函空间的基本概念和性质;2.线性映射和连续线性映射的性质;3.泛函分析中的主要定理及其证明;4.泛函分析在数学物理中的应用案例。

具体安排如下:第1-2周:泛函空间的基本概念和性质;第3-4周:线性映射和连续线性映射的性质;第5-6周:泛函分析中的主要定理及其证明;第7-8周:泛函分析在数学物理中的应用案例。

三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合,以提高学生的学习兴趣和主动性:1.讲授法:教师讲解基本概念、理论和方法,引导学生理解与思考;2.讨论法:学生分组讨论,培养学生的合作精神和沟通能力;3.案例分析法:分析泛函分析在数学物理中的应用案例,提高学生的实践能力;4.实验法:安排实验室实践,让学生亲手操作,加深对理论知识的理解。

四、教学资源本课程的教学资源包括:1.教材:《泛函分析导论》;2.参考书:相关领域的学术论文和专著;3.多媒体资料:教学PPT、视频讲座等;4.实验设备:计算机、投影仪等。

教学资源将用于支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验。

高馨泛函分析论文

高馨泛函分析论文

泛函分析论文摘要:本文介绍了Hilbert 空间、Banach 空间、距离空间、拓扑空间的概念,通过一些典型例题论述它们空间之间的关系及算子定义和特征值关键词:Hilbert 空间、Banach 空间、距离空间、拓扑空间、算子一、空间每一个内积空间是赋范空间.我们称完备的内积空间为Hilibert 空间..一个内积空间必是一个赋范空间.反之,,每一个赋范空间都可以引进一个内积,使得由这个内积产生的范数是原来的范数,其中范数要满足平行四边形则.Hilbert space 是完备的线性赋范空间(Banach space )的一个特例.1、Hilbert 空间有穷维线性空间可以引进各种种范数使它成为bananch 空间,但是通常欧式空间的一个重要特性是它上面定义了内积,借助于内积就可以定义向量的长和两个向量的正交性。

我们把这种方法推广到无穷维空间的情形,在下面里,我们引进内积空间Hilbert 空间的概念。

设H 是域K 上的线性空间,任意H y x ∈,,有一个K 中数(x,y)与之对应,使得对任意K a H z y x ∈∈,,,满足:⑴正定性:()(),0,;0,=≥x x y x 当且仅当;0=x⑵共轭对称性:()();,,x y y x =⑶对第一变元的线性性:()();,,y x a y ax =()()().,,,z y z x z y x +=+称( , )是H上的一个内积,H 上定义了内积称为内积空间。

()().,,y x a ay x =定理 1.1.1(Schwarz 不等式) 设H 是内积空间,则对任意H y x ∈,有()()().,,,2y y x x y x ≤称内积空间的这个范数是由内积产生的范数,因此每一个内积空间是赋范空间.以后凡说到内积空间是赋范空间都是指范数是由内积产生的.我们称完备的内积空间为Hilbert 空间.例1.1.1 n R 是(实)Hilbert 空间.在定义n R 中定义()k nk k y x ηξ∑==1, {}{}().,n k k R y x ∈==ηξ不难验证,( , )是一个内积,且由这个内积产生的范数为2112⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑=n k x ξ {}().n k R x ∈=ξ 因此n R 是Hilbert 空间.例1.1.2 ]2,L a b ⎡⎣是Hilbert 空间与2l 类似,由Holder 不等式,对任意]2,,x y L a b ⎡∈⎣,()()112222,(())(())b b b aa a x t y t dt x t dt y t dt ≤⎰⎰⎰ 在]2,L ab ⎡⎣上定义内积()()(),ba x y x t y t dt =⎰ 有这个内积产生的范数为 122(())b a x x t dt =⎰由此可知]2,L a b ⎡⎣是Hilbert 空间 定理1.1.2 设H 是内积空间,则内积()y x ,是x,y 的连续函数,即当()().,,,,y x y x y y x x n n n n →→→时,定理1.1.4 设X 是赋范空间,如果范数满足平行四边形法则,则可在X 中定义一个内积,使得由它产生的范数正是X 中原来的范数.2、Banach 空间定义2.1.1 设X 是域K(实数域或复数域)上的线性空间,函数:R X →∙: 满足条件:1) 对任意0,0;0,==≥∈x x x X x 当且仅当;2) 对任意(齐次性)及,,x a ax K a X x =∈∈; 3) 对任意(三角不等式),,y x y x X y x +≤+∈. 称 ∙是X 上的一个范数,X 上定义了范数 ∙称为赋范(线性)空间,记为() , ∙X ,有时简记为X .在一个赋范线性空间() , ∙X 中通过范数可以自然地定义一距离,(),,y x y x d -= .,X y x ∈ ()1.1.2事实上,由范数公理,对任意()(),当且仅当当且仅当且0,0,0,,0,,,,=-=-==≥-=∈y x y x y x d y x y x d X z y x ()()()+-≤-+-=-==-=-==z x y z z x y x y x d x y d x y y x y x d y x ,,,,,即()()y z d z x d y z ,,+=-.称赋范空间中这个距离是由范数诱导的距离.这样,赋范空间是一个距离空间,以后凡说赋范空间的距离如无特别说明都指的是由范数诱导的距离.因此,在第一张所讨论的涉及距离空间、拓扑空间的一般概念、性质(如完备性、可分性、紧性等)都可以移植到赋范空间中来.特别地,设{}n x 是赋范空间X 中的点列,X x ∈,如果()∞→→-n x x n 0,称{}n x 强(或按范)收敛于x ,记为()∞→→n x x n ,或x xn n =∞→lim .如果赋范空间是完备的称它为Banach 空间.例2.1.1 空间[],C a b 。

泛函分析

泛函分析

泛函分析论文(数学与计算机科学学院数11 赵洁 1060211014036)摘要:本文简单介绍泛函分析方法的基本理论,以及其在力学和工程的若干应用,包括泛函观点下的结构数学理论、直交投影法等。

关键字:泛函分析1.引言泛函分析是研究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分析学的课题,可看作无限维的分析学。

2.泛函分析概述2.1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。

这就是由于欧几里得第五公社的研究,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同一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。

这种相似在积分方程论中表现的更突出了。

泛函分析的产生正是和这种情况有关,都存在着类似的地方。

非欧几何的确立拓广了人们对空间的认知,n维空间几何的产生允许我们把多变函数用几何学的语言解释成多维空间的影响。

这样,就显示出了分析和几何之间相似的地方,同时存在着把分析几何化的一种可能性。

这种可能性要求把几何概念进一步推广,以至最后把欧式空间扩充成无穷维数的空间。

这时候,函数概念被赋予了更为一般的意义,古典分析中的概念是指两个数集之间所建立的某种对应关系。

在数学上,把无限维空间到无限维空间的变换叫做算子。

研究无限维线性空间上的泛函数和算子理论,就生了一门新的分析数学,叫做泛函分析。

泛函分析课程教学设计方案

泛函分析课程教学设计方案

《泛函分析》课程教学设计方案责任教师周勇一课程设计方案的内容与要求(一)课程说明1 课程性质《泛函分析》课程是中央广播电视大学数学与应用数学专业的一门限选课,最近几年来,它已成为高等院校数学与应用数学专业的一门重要基础课。

它的要紧任务是使学生把握抽象分析的大体思想,为进一步学习现代数学打下必要的基础。

2 课程的知识结构概况和在专业知识结构中的地位和作用泛函分析课程的要紧内容是距离空间与拓扑空间、赋范线性空间、有界限性算子、Hilbert空间、拓扑线性空间和Banach代数等。

本课程为选修课,课内学时为72学时,共4学分。

(二)教学媒体的组合利用方案本课程的要紧教学媒体有4大类 ,其作用是在整个学习进程中为学员的自主学习提供必要的辅导和辅助,加深学员对所学知识的明白得,从而达到把握数学大纲规定内容的目的,媒体的组成如下:▲文字教材:文字教材是教学媒体的核心,是传递数学信息及学生进行自主学习的大体依据,是整个数学媒体体系的基础。

包括主教材、参考资料、教学大纲、课程教学设计方案、期末考试说明。

▲音像教材:音像教材是对文字教材内容的进一步阐释与必要的补充(分重点教学和章节温习类型),以增强学生对该课程教学内容的明白得和把握。

采取录像课形式。

▲网络教学:以因特网为媒介,通过网上教学、E-MAIL等网络信息传输手腕为学生和教师提供效劳▲电话教学:该课程责任教师的电话为分类具体说明和要求如下:1 文字教材(1)主教材:本课程文字教材有主教材,名称为《泛函分析》(刘炳初编著)科学出版社出版。

(2)教学大纲:“泛函分析教学大纲”,由四川广播电视大学下发。

(3)课程教学设计方案:由省电大该课程的责任教师编写。

文字教材的利用主体是学生自己。

2 其他媒体的设计利用方案责任教师通过网络组织教学,提供学习支持效劳,利用四川电大教学处主页和电子邮件对学生进行教学辅导。

通过因特网为所有参加开放教育学习的学生发布教学信息,提供Array学习指导。

泛函分析课程总结

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 ii 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 Ad 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()()Xf tg t d f g dt f t g t -=+-⎰⑤[],C a b 空间令[],C a b 表示闭区间[],a b 上实值(或复值)连续函数的全体,对[],C a b 中任意两点,x y ,定义(),max ()()a t bd x y x t y t ≤≤=-⑥2l 空间 记{}12k k k x x x l ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭∞===<∞∑,设2k x x l ⎧⎫⎨⎬⎩⎭∈=,2y k y l ⎧⎫⎨⎬⎩⎭∈=,定义 ()1221,()k k k d x y y x ∞=⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦∑注:度量空间中距离的定义是关键。

[论文]泛函分析论文

[论文]泛函分析论文

泛函分析是现代数学的一个分支,其研究的主要对象是函数构成的空间。

它综合运用函数论,几何学,现代数学的观点来研究无限维向量空间上的函数,算子和极限理论。

主要内容有拓扑线性空间等。

泛函分析在数学物理方程,概率论,计算数学等分科中都有应用,也是研究具有无限个自由度的物理系统的数学工具。

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,是由对变换(如傅立叶变换等)的性质的研究和对微分方程以及积分方程的研究发展而来的。

使用泛函作为表述源自变分法,代表作用于函数的函数。

巴拿赫是泛函分析理论的主要奠基人之一,而数学家兼物理学家伏尔泰拉对泛函分析的广泛应用有重要贡献。

泛函分析是二十世纪三十年代从变分法、微分方程、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。

下面结合这学期的学习和内容从以下几个方面来浅谈泛函分析:一、度量空间和赋范线性空间1、度量空间现代数学中一种基本的、重要的、最接近于欧几里得空间的抽象空间。

19世纪末叶,德国数学家G.康托尔创立了集合论,为各种抽象空间的建立奠定了基础。

20世纪初期,法国数学家M.-R.弗雷歇发现许多分析学的成果从更抽象的观点看来,都涉及函数间的距离关系,从而抽象出度量空间的概念。

度量空间中最符合我们对于现实直观理解的是三维欧氏空间。

这个空间中的欧几里德度量定义两点之间距离为连接这两点的直线的长度。

定义:设X为一个集合,一个映射d:X×X→R。

若对于任何x,y,z属于X,有(I)(正定性)d(x,y)≥0,且d(x,y)=0当且仅当x = y;(II)(对称性)d(x,y)=d(y,x);(III)(三角不等式)d(x,z)≤d(x,y)+d(y,z)则称d为集合X的一个度量(或距离)。

称偶对(X,d)为一个度量空间,或者称X为一个对于度量d而言的度量空间。

2、赋范线性空间泛函分析研究的主要是实数域或复数域上的完备赋范线性空间。

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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nR 的空间结构。

事实上,nR 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 Kααα∈,使得11220n n x x x ααα+++=则称向量组12,,,nx x x 是线性相关的,否则称为线性无关。

20 设x X ∀∈,若12,,,n K ααα∈,12,,,n x x x X ∈使得1122n n x x x x ααα=+++则称x 可由向量组12,,,nx x x 线性表示。

30 设X 为线性空间,若在X 中存在X 个线性无关的向量,使得X 中任一向量可有n 个向量线性表示,则称其为X 的一个基,称n 为X 的维数。

2 距离空间设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:10 非负性(,)0,(,)=0d x y d x y x y ≥⇔= 20 对称性(,)(,)d x y d y x =30 三角不等式(,)(,(,)d x y d x z d z y ≤+则称(,)d x y 为x y 与的距离,X 为以d 的距离空间,记作(,)X d 。

3 赋线性空间设X 称为数域上K 上的线性空间,若x X ∀∈,都有一个实数x与之对应,使得,,x y X K α∀∈∈,下列数公理成立: 10 正定性0,00x x x ≥=⇔=20 绝对齐次性x xαα=30 三角不等式x y x y+≤+则称x为x 上的数,X 为K 上的赋空间。

已知完备的距离空间中任一Cauchy 列均收敛,而赋线性空间作为一类特殊的距离空间,同样可以讨论它的完备性。

只是这里的距离是由数诱导的距离。

在数的语言下,点列{}n x 为Cauchy 列的定义改写为0,,N N ε∀>∃∈N 使当m,n>时,有m n x x ε-<完备的赋线性空间称为Banach 空间。

4 积空间设X 称为数域上K 上的线性空间,若存在映射,<⋅⋅>:X X K ⨯→,使得,,x y z X ∀∈,,K αβ∈,,下列积公理成立: 对第一变元的线性,,,x y z x z y z αβαβ<+>=<>+<> 共轭对称性,,x y y x <>=<>正定性,0x x <>≥且,00x x x <>=⇔= 则称,<⋅⋅>为X 上的积,X 为K 上的积空间。

由于完备性的概念是建立在距离定义的基础上的,故等价的说,一个积空间称为Hilbert 空间,若其按由积导出的数是完备的距离空间。

在由积导出的数下,积空间X 成为一个赋空间,它具有一般赋空间的所有性质。

二、 有界线性算子和连续线性泛函在线性代数中,我们曾遇到过把一个n 维向量空间n E 映射到另一个m 维向量空间m E 的运算,就是借助于m 行n 列的矩阵111212122212n n m m mn a a a a a a A a a a ⎛⎫⎪ ⎪= ⎪⎪⎝⎭对nE 中的向量起作用来达到的。

同样,在数学分析中,我们也遇到过一个函数变成另一个函数或者一个数的运算,即微分和积分的运算等。

把上述的所有运算抽象化后,我们就得到一般赋线性空间中的算子概念。

撇开各类算子的具体属性,我们可以将它们分成两类:一类是线性算子;一类是非线性算子。

本章介绍有界线性算子的基本知识,非线性算子的有关知识留在第5章介绍。

[定义3.1] 由赋线性空间X 中的某子集D 到赋线性空间Y 中的映射T 称为算子,D 称为算子T 的定义域,记为()D T ,为称像集(){},y y Tx x D T =∈为算子的值域,记作()T D 或TD 。

若算子T 满足:(1)()()(),T x y Tx Ty x y D T +=+∀∈ (2)()()(),T x TxF x D T ααα=∀∈∈称T 为线性算子。

对线性算子,我们自然要求()T D 是X 的子空间。

特别地,如果T 是由X 到实数(复数)域F 的映射时,那么称算子T 为泛函。

我们已经在第一章引入了线性算子与线性泛函的概念,同时也介绍了算子的连续性概念. 现在让我们给出连续线性算子与连续线性泛函的一种形式上不同的定义,在基本空间是度量 空间的情况下,它们在实质上是等价的.定义 1 设 X ,Y 是线性赋空间,T :X →Y 是线性算子. T 称为是有界的,若对于 X中的任一有界集 A ,T(A)是 Y 中的有界集. 注意应该把这一定义中的有界算子的概念与数学分析中有界函数的概念加以区别,后者是指在整个定义域中所取的值为有界的函数. 同时要把线性算子与初等数学中所定义的线 性函数加以区别,后者是指形如 f (x)axb 的所有函数. 但只有在 b=0 的情况,它才是我 们定义的线性算子.三、 Hilbert 空间主要结论一个Hilbert space 的对偶空间(就是所有它的线性连续泛函组成的空间)等价于它自身,进一步,所有的线性连续泛函 I (f ): H---> R 可以表示成为积的形式: I (f )=<f ,g*> for some g* in H 。

(对了在这里再重新提一下,常用的平方可积函数空间L^2的积是积分的形式: ∫f*g ,f ,g ∈L^2,所以所有的线性连续泛函就都是带一个因子g 的积分了.) 这个Hilbert space 上最根本的定理几乎把Hilbert space 和Euclidean space (欧几里得空间)等同起来了,在那时大家都很高兴,毕竟Euclidean space 的性质我们了解的最多,也最“好”。

狄立克莱(Dirichlet )原理就是在这个背景下提出的:任何连续泛函在有界闭集上达到其极值。

这个结论在Euclidean space上是以公理的形式规定下来的(参见数学分析的实数基本定理部分),具体说来就叫做有界闭集上的连续函数必有极值,而且存在点使得这个函数达到它。

在拓扑学上等价于局部紧性的这个东东,很可惜在一般的Hilbert space上却是不成立的:闭区间[0,1]上的L^2空间有一个很自然的连续泛函:I(f)=∫|f(x)|dx。

容易证明,它的数‖I‖=sup|I(f)|/‖f‖=1.在这个L^2的单位闭球面(所有数等于1 的f)上存在这么一个子序列:f_n(x)=n,当x∈[0,1/n^2]; f_n(x)=0,当x>1/n^2。

按照L^2上数的定义,‖f_n‖=∫f^2(x)dx =1,for all n。

0≤I (f)==>I在这个有界闭集上的最小值≤0,而且I(f_n)=1/n→0。

但是我们看到,当f_n弱收敛到常函数零时,它已经不在单位闭球面上了(严格的证明可以在一些课本上找到)。

一、定义线性完备积空间称为Hilbert space。

线性(linearity):对任意f,g∈H,a,b∈R,a*f+b*g仍然∈H。

完备(completeness):对H上的任意柯西序列必收敛于H上的某一点。

——相当于闭集的定义。

积(inner product):一个从H×H-->R 的双线性映射,记为<f,g>。

它满足:i)<f,f>≥0,<f,f>=0 <==> f=0;ii)<a*f,g>=a*<f,g>=<f,a*g> for any a in R; iii)<f+g,h>=<f,h>+<g,h>;iv)<f,g>=<g,f> ——在复积里是复数共轭关系四、Banach空间主要结论Hahn-Banach 定理在理论上和应用上都是十分重要的,它往往提供了某些学科或学科分支的理论基础. 这里介绍一些它们在逼近论方面的应用.定义 3 设X 是线性赋空间,E是X 的子集合,x X ,称y E 是x 关于E的最佳逼近元,若x yinfz E xz. (1)首先应该知道一般说来,最佳逼近元并不总是存在的.例 1 设E C 0,1,E 是0,1上定义的任意阶多项式全体构成的线性子空间,取x t e t C 0,1,尽管d x, E infz Exz0 ,但不存在y E 使得xy0 ,因为e t 不是多项式. 这说明不存在e tn关于 E 的最佳逼近元.定理 1 实际上是最佳逼近元的判定定理. 下面定理可以看成最佳 逼近元的存在定理.定理 2 设 X 是线性赋空间, E X 是有限维子空间,则对于 每个 xX , x 关于 E 的最佳逼近元存在.证 明 任取 y 0E ,考虑集合F zE ; xzxy 0.容易验证 F 是 E 中的有界 闭 集,是 E 有限 维的,从 而 是紧集并 且dx , Fdx , E . 取 z nF 使得 xz ndx , F ,此时存在子列 z z F ,于是kxz 0limnxz ndx , Fdx , E .z 0 即是 x 关于 E 的最佳逼近元.英文翻译部分First, the functional analysis space theoryUnderstanding of the four major functional spaceThe first part we will discuss the linear space, linear space is introduced based on the concept of length and distance, thereby establishing a normed linear spaces and metric spaces.Linear space assigned to the "norm", and then on the basis of export norm distance, ie normed linear space, complete normed space is called a Banach space. Norm can be seen that the length of normed linear space is equivalent to define the length of the space, all the spaces are normed linear distance space.In the distance space introduced by the concept of distance limit point of the column, but only from the structure, there is no room algebraic structure is limited in the application process. Normed linear spaces and inner product space is the distance between the structure and the algebraic structure of the combination product, the more distance space has a big advantage.Normed linear space is given to each of the linear vector space norm, and the norm induced by the topology of algebraic structure has a natural link. Complete normed linear space is space. Nature normed linear space is similar to the familiar, but compared to the distance space, normed linear space is closer in structure. Normed linear space is a linear space, to give the vector norm that specifies the length of the vector, but did not give the angle of the vector.Inner product spaces, there is not only a vector length angle between two vectors. In particular, the definition of the concept of orthogonal, with or without the concept of orthogonality is the essential difference between normed linear space with an inner product space. Any inner product space Ode normed linear spaces, but not necessarily a normed linear space inner product space.Distance and space normed linear space in varying degrees have a structure similar to the space. In fact, in addition with vector inner product, use the product within the mold may define vectors and orthogonal vectors. But not within the definition of product in general normed linear space, and therefore can not be defined orthogonal vectors. Inner product space actually defines the inner product of linear space. On the inner product space can not only use the inner product export a norm, you can also use the product within the definition of orthogonal vectors, which discussed the quadrature-related properties such as orthogonal projection, orthogonal system and so on. Space is complete inner product space. Compared with ordinary space, the theory of space richer, more detailed.1 linear space(1) Definition: Let a non-empty set is the number of domains, called linear spatial domain on, if, there is only one corresponding element, and called, denoted, There will be only one element corresponding, called the product, referred to asAnd ,, above-mentioned number of addition and multiplication, the following eight arithmetic rules:At the time, it called real linear space; at that time, known as complex linear space (2) dimension:10 is set to linear space, if the presence of the whole number of 0 is such thatCalled vectors are linearly related, otherwise known linearly independent.20 is provided, if soCalled linear representation by vectors.30 is set to linear space, if there is a linearly independent vectors such that the vector can have any one of a linear vector representation, called it a group is, the dimension known as.2 distance SpaceSet up a non-empty set, if there is a map, so that, from the following axiom holds: 10 non-negative20 Symmetry30 triangle inequalityDistance is called for in order of distance space, denoted by.3 normed linear spaceLet called linear spatial domain on, if, there is a corresponding real number, such that, following the establishment of the norm axioms:10 positive definiteness20 Absolute Homogeneity30 triangle inequalityNorm is called on, on a normed space.Known complete metric space in any one converge, and normed linear space as a special kind of distance space, the same can discuss its completeness. But here is the distance induced by the norm of the distance. In the language norm, defined as the point column is rewrittenComplete normed linear space is called a space.4 inner product spaceCalled a linear space provided on the upper number field, if there is a mapping: so ,,, the following inner product axioms Founded:Linear first ARGUMENTSConjugate symmetryPositive qualitative andInner product is called on for the inner product space.Since the concept of completeness is based on a defined distance, it is equivalent to that inner product space is called a space, by the press if their inner productderived from the norm is a complete space.In the inner product derived from the norm, inner product space becomes a normed space, it has all the properties of the general normed spaces.Second, bounded linear operator and a continuous linear functionalsLinear algebra, we have encountered a put-dimensional vector space is mapped into another dimensional vector space operations, that is, by means of the ranks of the matrixOf the vector act to achieve. Similarly, in mathematical analysis, we also encountered a function into another function or a number of operations, that operations such as differentiation and integration. After all the above-mentioned operation of abstraction, we get the general normed spaces operator concept. Leaving aside the specific properties of various types of operators, we can divide them into two categories: one is a linear operator; a class of nonlinear operator. This chapter describes the basic knowledge of the boundaries of the operator, nonlinear knowledge about the child to remain in Chapter 5.[Definition 3.1] by the normed linear space to a subset of the domain space in normed linear mapping called operator, called the operator, denoted as a set is referred to as the range operator, Hutchison or make.If the operator is satisfied:(1)(2)Called a linear operator. Linear operator, we are naturally requires subspace. In particular, if it is the real number (plural) field mapping, then the operator is called functional.In the first chapter we have introduced the concept of linear operators and linear functional, but also introduces the concept of continuity of the operator. Now let us give a continuous linear operator with one form of continuous linear functionals different definition, in the case of basic space metric space, they are essentially equivalent.Definition 1. Let X, Y be normed linear space, T: X →Y is called a linear operator T is bounded, if for X.Either a bounded set A, T (A) Y is a bounded set. Note that this definition should be a distinction between the bounded operator concepts and mathematical analysis of the concept of bounded functions, the latterRefers to the definition of the entire field is taken bounded functions. At the same time make a linear operator and a linear function of elementary mathematics as defined distinction between the latter refers to the form f (x) ax b of All function, but only if b = 0, it is our definition of a linear operator.Three, Hilbert space of the main conclusionsA Hilbert space dual space (that is, all of its linear continuous functional spatial composition) equivalent to its own, further, all linear continuous functionals I (f): H ---> R can be expressed as an inner product form: I (f) = <f, g *> for some g * in H.(On the re-mention here, the commonly used square integrable function space L ^ 2 is the inner product integral form: ∫f * g, f, g∈L ^ 2, so all linear continuous functional on all is with a factor g of calculus.) on the Hilbert space of the most fundamental theorems almost Hilbert space and Euclidean space (Euclidean space) equated, at that time we are very happy, after all, the nature of Euclidean space we Learn the most, but also the most "good."Di Li Clay (Dirichlet) principle is proposed in this context: any continuous functional on a bounded closed set reaches its extreme value. This conclusion is based on the form of the axioms of Euclidean space set down (see the mathematical analysis of the real part of the fundamental theorem), specifically called closed bounded continuous function must be set on the extreme value, and makes this function reaches the point of presence it.Topologically equivalent to the local compactness of this stuff, it is a pity that in general the Hilbert space it is not true: a closed interval L ^ 2 space is a natural continuous functional [0,1]: I (f) = ∫| f (x) | dx. Easy to prove that its norm ‖I‖= sup | I (f) | / ‖f‖= 1 unit in the L ^ 2 closed spherical (all norm equal to 1 f) the presence of such a sequence: f_n (x) = n, when x∈[0,1 / n ^ 2]; f_n (x) = 0, when x> 1 / n ^ 2. L is defined according to the norm of 2 ^, ‖f_n‖= ∫f ^ 2 (x) dx = 1, for all n. 0≤I (f) ==> I minimum ≤0 closed set bounded on this, and I (f_n) = 1 / n →0. But we see that when f_n often weak convergence to zero function, it has not closed the unit sphere of the (strict proof can be found in some textbooks). I. Definitions The linear complete product space called Hilbert space.Linear (linearity): For any f, g∈H, a, b∈R, a * f + b * g still ∈H.Complete (completeness): H on an arbitrary Cauchy sequence must converge to a point H on. - Corresponds to the definition of closed set.The inner product (inner product): from a H ×H - R bilinear mapping>, denoted by <f, g>. It satisfied:i) <f, f> ≥0, <f, f> = 0 <==> f = 0;ii) <a * f, g> = a * <f, g> = <f, a * g> for any a in R; iii) <f + g, h> = <f, h> + <g, h>; iv) <f, g> = <g, f> - in the complex inner product is inside the complex conjugate relationshipFour, Banach spaces main conclusions。

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