本書系統(tǒng)講述實變函數的基本理論,包括集合論的基本概念、歐幾里得空間的拓撲性質與連續(xù)函數的基本性質、點集的測度與可測函數、Lebesgue積分理論以及微積分基本定理。
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現代工業(yè)文明起源于牛頓力學。微積分是牛頓力學的基石。1671年牛頓出版了《流數法和無窮級數》從而創(chuàng)立了微積分。與他同時期,1684年德國數學家萊布尼茨發(fā)表了題為《-種求極大極小和切線的新方法,它也適用于分式和無理量,以及這種新方法的奇妙類型的計算》的論文,獨立地創(chuàng)立了微積分。1687年牛頓出版了《自然哲學的數學原理》從而建立了經典力學的基礎,利用微積分,事物非均勻變化的規(guī)律可以得到準確的描述:速度是物體運動行程關于時間的導數;速度的導數是加速度;加速度與所受的力成正比。漫長的人類發(fā)展史(約350萬-600萬年)和文明史(約5000-7000年)孕育了微積分的誕生。微積分的誕生迄今才340多年,今天,從自然科學到社會科學,微積分是我們描述和認識復雜事物必不可少的工具。沒有微積分就沒有現代工業(yè)和科技文明,
數學源于人們對于度量的需要,度量導致了對數和形的認識與研究,人們逐步認識了自然數、有理數、無理數以及正數、負數、復數;對形的認識首先是直的(正方形、矩形、三角形、多邊形),然后是曲的(圓、橢圓、曲邊形),最后是一般的集合,實變函數在高維歐幾里得空間的一般點集上建立度量理論(Lebesgue測度)和積分理論(Lebesgue積分),發(fā)展了微積分,奠定了分析數學的重要基礎。
為了在高維歐幾里得空間的點集上建立度量和積分理論,19世紀后期,以Borel為代表的法國數學家(Borel,Bair,Lebesgue等)做出了杰出的貢獻。1901年,年僅26歲的Lebesgue發(fā)表了論文《論定積分的一種推廣》,在該文中,他建立了現在被稱為Lebesgue測度和Lebesgue積分的新理論,他對歐幾里得空間中非常一般的集合建立了體積度量,并對定義在集合上的函數建立了積分理論。Lebesgue測度和Lebesgue積分理論己成為泛函分析、調和分析、測度論、抽象分析等學科的基礎,是現代分析數學的基石,不能想象沒有Lebesgue積分的數學會是什么樣子。斗轉星移,百年間人類歷史發(fā)生了巨變。數學改變了世界,而Lebesgue積分是數學發(fā)展的里程碑(推薦讀者閱讀Jean-Pierre Kahane為紀念Lebesgue積分100周年而寫的文章《Lebesgue積分的產生及其影響》,中譯本發(fā)表于《數學進展》,Vol.31,No.2,2002年4月)。
實變函數便是系統(tǒng)講授Lebesgue測度和Lebesgue積分的專業(yè)課程,從知識結構上說,它與復變函數一起承接微積分的基本理論和方法,復變函數論從復變量函數的解析性(任意方向的可微性)上延伸微積分;而實變函數以擴充實函數的積分體系為主線,在非常廣泛的意義上拓廣函數的概念,建立了Lebesgue積分理論,發(fā)展出一套技巧精湛的分析方法。
目錄
第1章 集合與Rn中點集 1
1.1 集合及其基數 1
1.2 Rn中點集及其拓撲性質 11
1.3 Rn中點集上的連續(xù)函數 19
1.4 注記 25
第2章 Lebesgue測度 26
2.1 外測度 26
2.2 可測集及其性質 32
2.3 可測集的構造 38
2.4 不可測集 43
2.5 注記 44
第3章 Lebesgue可測函數 45
3.1 可測函數及其對運算的封閉性 46
3.2 可測函數的構造 51
3.2.1 幾類常見函數的可測性 51
3.2.2 可測函數是簡單函數的極限 52
3.2.3 可測函數是連續(xù)函數的極限 54
3.3 可測函數列的收斂性 57
3.3.1 幾乎處處收斂與一致收斂的條件 57
3.3.2 幾乎處處收斂與一致收斂的關系 59
3.3.3 幾乎處處收斂與依測度收斂的關系 60
3.4 注記 63
第4章 Lebesgue積分 64
4.1 非負簡單函數的積分 64
4.2 非負可測函數的積分 66
4.3 一般可測函數的積分 73
4.4 積分的極限定理 77
4.5 積分的變量替換 84
4.6 重積分與累次積分 88
4.7 Lebesgue積分與Riemann積分的關系 94?
4.8 注記 101
第5章 微分定理與Newton-Leibniz公式 102
5.1 Lebesgue微分定理 102
5.2 單調函數的可微性 109
5.3 有界變差函數及其導數的可積性 114
5.4 絕對連續(xù)函數與Newton-Leibniz公式 117
5.5 注記 124
第6章 Lp空間 126
6.1 Lp空間的定義 126
6.1.1 1≤p≤1的情形 126
6.1.2 p=2的情形 131
6.2 Lp空間中一些重要事實 133
6.2.1 Lp空間對指數p的相依性 134
6.2.2 Lp(Rn)中的逼近定理 138
6.2.3 卷積與恒等逼近 140
6.3 注記 144
第7章 測度論簡介 146
7.1 可測空間與測度 146
7.2 可測函數 149
7.3 抽象積分 150
7.4 測度的構造與完備化 153
7.5 符號測度及其表示 155
7.6 注記 156
參考文獻 158
索引 159