应用泛函分析(胡适耕编著)思维导图
泛函分析 PPT课件
• 可数基数a，连续基数c。
• 主要结论：1.可数集的子集至多可数； 2.有限或可数多个可数集合的并是可数集； 3.有限个可数集的直积是可数集； 4. 无限集必于它的某真子集对等，含可数子集；
可数集的例子：整数集，有理数集，n维欧式空间中 的有理点集。
实数的基本定理：确界存在原理、单调有界原理、 闭区间套引理、聚点定理、有限覆盖定理等等都 当成已知
距离空间的拓扑
• 空间引入距离，才有了空间上映射的连续性概念 （开集的原像是开集）
• 称X的子集B(x,r)={y;p(x,y)<r}为以x为心半径为r的 开球
• 称X的子集S(x,r)={y; p(x,y)=r}为以x为心半径为r的 有着很大优越和方便之处，但并不完全一致。如:离散距离空间中的球 面只有两种可能：空集或全空间
• 紧集的连续象是紧集 • 紧集上的连续函数是一致连续的，能取到最大值
和最小值。 • 空间X是有限维的当且仅当X的闭单位球是紧集。 • 非紧的空间，可以通过一点紧致化，进而利用紧
空间的性质来研究
小结
• 我们讨论距离空间的基本性质 • 距离空间就是赋予距离的集合，是三维立体空间
概念的推广，二者既有相同又不完全相同。
• Zorn引理是集论的一个重要工具，与选择公理，良序原理都是彼此等价的,主要应用于 数学上存在性定理的证明，而不具体描述寻求的方法。
应用泛函分析报告复习小结
( A ∪ B) ∩ C = ( A ∩ C) ∪ ( B ∩ C) ；
( A ∩ B) ∪ C = ( A ∪ C) ∩ (B ∪ C) ；
定理 1.1
( A \ B) ∩C = ( A ∩ C) \ ( B ∩C) .
A
设 X 为基本集， α 为任意集组，则
1)
( U Aα)C = I ( A α) C
集合的运算法则：
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实 用 标 准 文 档 2
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交换律 结合律
分配律
A ∪ B = B ∪ A, A ∩B = B ∩A ； ( A ∪ B) ∪ C = A ∪ (B ∪ C) = A ∪ B ∪
C； ( A ∩ B) ∩ C = A ∩( B ∩C) = A ∩ B ∩
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第一章 实分析概要
本章将简要的介绍数学分析与实变函数的一些基础知识，特别是点集的 勒贝格 测度 与勒贝格积分 理论。这些知识不仅是学习泛函分析的必要准备，而且在数学及 其它学科中有直接的应用。
第一节 集合及其运算 第 二节 实数的完备性 第三 节 可数集与不可数集
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第四节 直线上的点集与连续函数 第 五节 点集的 勒贝格测度 与可测函数
定理 2.3 柯西（ Cauchy ）收敛原理 (完备性定理 ) √
数列 {xn } 收敛的充分必要条件是，它是一个 基本数列 。
定理 2.4 ( 单调收敛定理 )√
单调有界数列（即单调增有上界数列或单调减有下界数列）必然收敛
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定义 2.4 ( 确界 ) 设 A 是一个数集， M 是 A 的一个上（下）界。如果对任意的 ε> 0 ，必存在
泛函分析
点集拓扑学拓扑是英文Topology 的译音，Topology 一词有时是指拓扑，有时是指研究有关拓扑的整个学科. 第一个使用此名称的是姜立夫（1890—1978. 1911年赴美，1918年获哈佛大学博士学位，留校任教，后回国，1920年南开大学教授，1934—1936在德国访问，后一直在中山大学任教. 他培养了陈省身等世界著名数学家.）. 而topology是由希腊语topos（位置）和logos（学问）合成. 发明此词的是德国人Listing（1828—1882，Gauss的学生和助手），即表示形状和位置关系的数学（位置分析）.拓扑学是新三基之一（泛函分析、近世代数、拓扑学）. （旧三基：数学分析、高等代数、解析几何）.拓扑学是一门综合学科（即包含有分析、代数和几何的内容）.分析：分析中有三大问题：1）连续性；2）介值定理；3）有限覆盖定理. 在拓扑学中将1）连续性推广到一般集合；2）是连通集的特性；3) 推广为紧致性.代数：在拓扑学有很多代数概念，如群、同态、同构等.几何：以前称拓扑学为橡皮（弹性）几何学.按德国数学家Klein（1849—1925）关于几何分类的变换群观点知：欧氏几何是研究图形在刚体运动下不变的性质（或量）的数学（图形大小和形状不变）.解析几何是研究图形在坐标变换下不变的性质（或量）的数学.仿射几何是研究图形在仿射变换下不变的性质（或量）的数学.射影几何是研究图形在射影变换下不变的性质（或量）的数学.而拓扑学是研究拓扑空间及其子集在拓扑变换（同胚变换）下不变的性质（或量）的数学.故拓扑学属几何范畴（橡皮膜上的几何）.拓扑学是数学的一个重要分支. 起初它是几何学的一个分支，研究几何图形在连续变形上保持不变的性质，后来发展为研究连续性现象的数学分支. 拓扑学发展到近代形成了互相联系的几个分支. 即一般拓扑学、代数拓扑学、微分拓扑学、几何拓扑学、直观拓扑学和模糊拓扑学等. 目前，拓扑学的概念、理论和方法已经广泛地渗透到现代数学以及邻近科学的许多领域中，并且有了日益重要的应用.拓扑学对近代数学的学习起着很大的作用，有人甚至说：“不懂得拓扑，就不懂得现代数学”.研究拓扑空间的自身结构与其间的连续映射的学科，称为一般拓扑学，也称为点集拓扑学，或基础拓扑学. 它是拓扑学的基础. 本课程介绍一般拓扑学的基本内容，并为进一步学习有关其它课程提供必要的基础知识.第 0章拓扑学的直观例子§0.1 七座问题18世纪时，欧洲有一个风景秀丽的小城哥尼斯堡，那里有七座桥.如图1所示：河中的小岛A与河的对岸B、C各有两座桥相连结，河中两支流间的陆地D与A、B、C各有一座桥相连结.当时哥尼斯堡的居民中流传着一道难题：一个人怎样才能一次走遍七座桥，每座桥只走过一次，最后回到出发点？大家都试图找出问题的答案，但是谁也解决不了这个问题（有7！=5040种走法）. 此七桥问题引起了著名数学家欧拉（1707—1783）的关注. 1736年，欧拉在圣彼得堡科学院作了一次学术报告. 在报告中，他把具体七桥布局化归为图1所示的简单图形，于是，七桥问题就变成一个一笔画问题：怎样才能从A、B、C、D中的某一点出发，一笔画出这个简单图形（即笔不离开纸，而且a、b、c、d、e、f、g各条线只画一次不准重复），并且最后返回起点？欧拉经过研究得出的结论是：图1是不能一笔画出的图形.这就是说，七桥问题是无解的. 虽然使人们感到失望，但由此创立了一门新的数学分支—拓扑学.著名数学家欧拉图1§0.2 网络的一笔画问题定义由有限个点和有限条线组成的图形叫做网络，其中每条线都要求有两个不同的端点.这些线叫做网络的弧，弧的端点叫做网络的顶点.由顶点出发的弧的条数叫做此顶点的次数，若一顶点次数为偶数或奇数，则称此顶点为偶顶点或奇顶点. 网络中互相衔结的一串弧叫做一条路.如果网络中任意两个顶点都可以用一条路连结起来，那么就称这个网络为连通的；否则称为不连通的.可以证明定理1在任一网络中奇顶点个数之和必为偶数.定理2 任一网络若有两个以上的奇顶点，则不能一笔画成.定理3 若一连通网络没有奇顶点，则可由任一点任一弧开始一笔画成.定理4若一连通网络有两个奇顶点，则它可被从某一奇顶点出发到另一奇顶点终止一笔画成.注1）定理2否定了七桥问题可一次走完.2）现在在B,D之间加了一座桥，那么八桥一次走完就可能了. 又在B,C之间加了一座铁路桥，九桥问题又如何？3）如图：§0.3 平面网络的Euler公式Euler定理在连通平面网络中，若顶点数，边数和网络分平面所得的区域数（即面数）分别为,,V E F. 则有Euler公式-+=.V E F2§0.4 凸多面体的Euler公式这是Euler在1750年写信给好友Goldbach(德1690-1764)时提出来的，并于1752年发表了一个证明.即Euler定理若一凸多面体的顶点数，棱数和面数分别为V E F，则有Euler公式2,,V E F-+称为多面体的-+=.其中V E FEuler示性数（或Euler特征数）.§0.5 正多面体定义 若一凸多面体的各面都是全等的正多边形，且所有多面角都相等，则这样的凸多面体称为正多面体（或正多面形、或柏拉图（Platonic) 多面体）.有些化学元素的结晶体呈正多面体的形状，如食盐的结晶体是正六面体，明矾的结晶体是正八面体.定理 有且只有五种正多面体.即只有正4，6，8，12，20多面体，证明 设正多面体顶点数，棱数和面数分别为,,V E F ，且正多面体的每个面是正n 边形，每个顶点有m 条棱. 棱数E 应是面数F 与n 的积的一半（每两面共用一条棱），即2nF E =（1）同时，E 应是顶点数V 与m 的积的一半，即2m V E =（2）由（1）、（2）得2E F n =，2E V m =代入欧拉公式2V E F -+=，得222E E E m n+-=，即11112m n E +=+，由于E 是正整数，所以10E >. 故1112m n +> （3）说明,m n 不能同时大于3，否则（3）不成立。
什么是泛函分析在几何中的应用
什么是泛函分析在几何中的应用在数学的广袤领域中，泛函分析与几何的结合为我们打开了一扇洞察世界的新窗口。
泛函分析作为现代数学的一个重要分支，它在几何中的应用不仅丰富了我们对几何现象的理解，还为解决几何问题提供了强大的工具和方法。
让我们先来简单了解一下什么是泛函分析。
泛函分析主要研究的是无穷维空间上的函数、算子和泛函。
它将函数视为空间中的元素，关注这些函数的性质、运算以及它们之间的关系。
而几何，是研究空间和形状的学科，包括点、线、面、体等基本元素及其性质和相互关系。
那么，泛函分析是如何在几何中发挥作用的呢？一个重要的应用领域是微分几何。
在微分几何中，我们常常需要研究曲面和流形的性质。
例如，通过泛函分析中的变分法，我们可以找到具有特定性质的曲面或曲线。
比如，在给定边界条件下，找到面积最小的曲面，这就是所谓的极小曲面问题。
泛函分析在几何度量理论中也有着关键的应用。
几何度量理论关注的是空间的度量结构和几何性质之间的关系。
通过运用泛函分析中的算子理论和函数空间的性质，我们能够更深入地理解和刻画空间的度量特征。
比如，对于一些复杂的几何对象，我们可以定义合适的距离函数，并利用泛函分析的方法来研究这些距离函数的性质，从而揭示几何对象的内在结构。
在黎曼几何中，泛函分析同样扮演着重要的角色。
黎曼几何研究的是具有黎曼度量的流形。
利用泛函分析中的 Sobolev 空间理论，我们可以研究流形上的函数的正则性和可微性。
这对于理解流形的拓扑结构和几何性质非常有帮助。
此外，泛函分析在几何不等式的证明中也大有用处。
几何不等式是描述几何对象之间大小关系的数学表达式。
通过巧妙地运用泛函分析中的工具，如算子的谱理论和泛函的极值原理，我们能够给出简洁而有力的证明。
再来看一个具体的例子，在研究曲线和曲面的弯曲程度时，我们会用到曲率的概念。
而利用泛函分析中的方法，可以对曲率进行更精细的分析和计算，从而帮助我们更好地理解几何形状的变化。
另一个应用是在几何分析中的 PDE（偏微分方程）方法。
泛函分析与应用PPT优质资料
传统的综合方法不仅费时费事，而且解决问题的范围比较狭窄。
矩阵的运算等，这些都是线性代数的研究内容。 而泛函分析所提供的分析方法，有可能对包括多输入多输出的线性时变系统、分布参数系统，以及某些类型的非线性系统进行统一的
用来描述系统的行为或其中的各种关系。 非线性泛函分析还要把有限线性空间上函数微积分的概念，推广到无限维线性空间上算子的微积分。
线性泛函分析是本书讨论的重点，同时还涉及非线性泛函分析的基本知识，特别是有关凸集和凸泛函的凸分析理论，这对比较广泛的 一类泛函求极值问题有着重要意义。
泛函分析的研究对象
同时按泛函分析的理论体系，给出统一的分析和处理。
数学的抽象把三维立连体空续间中介向量质的概力念，学推广、到任电意有磁限维场线性理空间论； 等的研究对象，一般是分布
同时按泛函分析的理论体系，给出统一的分析和处理。
数学的抽象参把三数维立系体空统间中，向量需的概要念，用推广偏到任微意有分限维方线性程空间来；描述，而完全描述系统行为
又要结合专业体会理论对专业的指导作用，尽可能地把理论应用于解决实际问题。
的一组无关量有无限多个，即系统具无限多自由度。 首先要把有限维向量空间的概念，推广到一般线性空间，包括由函数类形成的无限维线性空间，接着要讨论一类在元素间定义了距离
的集合，称为“度量空间”。 本课程的特点与学习方法
所以，学习本课程现还要代求掌控握构制造各理种算论法的和技能系，并统能对科其数学值稳，定性已等进经行分由析。研究单个特定函数作
所以，本课程是针对工科研究生的一门理论基础课程，既要体现泛函分析理论体系的严谨性，又要体现工程的可应用性。
实变函数与泛函分析-实变与泛函_ch3
3.1 距离空间的定义及例子 University of science & Technology of China
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3.3 距离空间的完备性和稠密性
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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 ” 。
应用泛函分析讲义第1章
在经济学中的应用
金融数学
在金融数学中，泛函分析用于描 述和解析金融市场的动态行为， 如期权定价和风险评估。
计量经济学
在计量经济学中，泛函分析用于 建立经济数据的统计模型，如时 间序列分析和回归分析。
微观经济学
在微观经济学中，泛函分析用于 描述和解析市场供需关系和个体 行为，如消费者选择和生产者行 为。
02
线性空间与线性映射
线性空间的基本概念
线性空间
由满足加法和标量乘法封闭性的元素集合构成。
基与维数
线性空间中线性无关的元素个数称为该空间的 维数，而线性无关的元素组称为该空间的基。
线性子空间
线性空间中的子集，满足子集中的元素也满足线性空间的定义。
线性映射的基本概念
01
02
03
线性映射
将一个线性空间的元素映 射到另一个线性空间的元 素，且满足线性映射的运 算性质。
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THANKS
03 范数的性质包括非负性、正齐次性、三角不等式 等。
向量的模与向量范数的关系
向量的模是向量范数的特例，即当范 数定义为向量与零向量之间的距离时 ，模即为该距离。
向量的模和范数具有相同的性质，如 非负性、正齐次性和三角不等式等。
向量范数的性质
非负性
向量范数总是非负的，即对于任意向量x，有||x|| ≥ 0。
收敛序列的性质
收敛序列是稳定的，即对于任意给定的$varepsilon > 0$，存 在一个正整数$N$，使得当$n, m > N$时，有$|a_n - a_m| <
varepsilon$。
收敛性的判定
可以通过比较序列的各项大小、利用极限的性质或者通过 级数收敛的判定定理来判断序列的收敛性。