讀書筆記 微積分的歷程 從牛頓到勒貝格

2021-07-08 15:43:46 字數 2249 閱讀 1460

挺好的一本書,講了微積分的歷史,並且有很多乾貨,第一遍快速讀完,第二遍讀的過程順便做些筆記

介紹牛頓的成就一般會提到他建立了微積分和廣義二項展開,廣義二項展開式指展開次數不只是整數,而且可能是分數或負數。目前我們使用的二項展開形式很簡潔,牛頓當時的展開式是乙個複雜的遞迴表示式。同樣,對於三角函式如sinx的展開,牛頓採用的方式自然也不是泰勒展開,而是用一種幾何的方法,並採用他的逆級數技術匯出的。

與同時期的牛頓一樣,萊布尼茨關於微積分的推導還是主要採用幾何的方法,而且推導過程從現在看來有很多漏洞,比如求和和積分的順序問題,但是他們確實用他們的方式取得了自己的成果,比如萊布尼茨級數π4

=1−1

/3+1

/5−.

..魏爾斯特斯拉病態函式的說明用作者的話說,是這本書最複雜的,但是一步一步看下來也不難理解,看完作者說明的特例a=21和b=1/7以後,可以了解為什麼要求a>=3的奇數,ab>1+3pi/2

a>1

因為在hm的選擇過程中hm

=(1−

ϵm)/

am,這個值要趨於0,就必須a>1

a必須是奇數

因為165頁的4個觀察中的a,如果a是偶數,則這一項的值恆等於1,而不是根據αm

的值交叉正負號

ab>1+3pi/2

定理證明的關鍵是微商計算過程中k大於等於m的序列和的絕對值要大於k小於m的序列和的絕對值,這就要2/

3(ab

)m>π(

(ab)

m−1)

/(ab

−1))

。做一些處理就是上面的結果對於作者舉得例子a=21和b=1/3,就是(2/3-\pi/6)必須大於0

這一章說了很多違背直覺的東西:

牛頓萊布尼茨時候的微分積分主要考慮簡單的連續函式

黎曼積分可以應用於不連續的函式,甚至無限個不連續點的函式也有可能積分,例如黎曼函式,而且這個函式在所有有理數點不連續,在所有無理數點連續

連續的函式具有介值屬性

任意區間具有介值屬性 的函式不一定連續,例如s(x)

可微函式的導數不一定連續,例如u(x)

可微函式的導數具有介值屬性:達布定理

本書中間部分用到了很多數學分析知識,從這一章開始,反而需要的知識不太多,更多的是一些推理,反應了本書的科普書屬性。

這一章最重要的是實數的完備性,包括書中說的:

c1 任何有界非減序列收斂到某個實數

c2 任何柯西序列存在極限

c3 任何有上界的非空實數集有乙個上確界

c4 有界閉區間的遞減序列必定有同屬於所有區間的公共點

但是實數為什麼是完備的,以及如何從有理數構造實數,書中說太深奧了,所以沒具體說,可能也確實不好懂,只說了康托爾的實數繫結構是以有理數的柯西序列的等價類為基礎,戴德金的方法則採用把有理數分為不相交類的劃分。但是上面的c1-c4相對還是好懂的。其實實數模型還有魏爾斯特拉斯十進位制小數模型,個人感覺這個相對比較好懂

這一章主要說了2個內容,其中乙個沒有詳細說明,乙個詳細說明了。

沒有詳細說明的是微積分基本定理對函式導數的要求:是否導數有界即可(達布證明黎曼可積是可以的),沃爾泰拉給出乙個f函式反例說明不可以,不過書中沒有詳細說明。

詳細說明的是點態不連續函式相關的乙個定理:閉區間不可能同時存在兩個點態不連續函式,其中乙個的連續點是另乙個的不連續點,從而說明了不存在有理數點連續、無理數點不連續的函式

貝爾分類定理的證明用到了實數完備性,後面給出康托爾定理的證明雖然與11章不一樣,但是本質上是一樣的,都是利用遞減區間套。

221頁的證明還是不好懂的,裡面的概念點態不連續在202頁定義df

表示函式不連續點,必要條件的證明分2部,2部分要結合起來看,要不然不知道第一步證明有什麼用,第一步證明pk

為無處稠密集合,關鍵是找到乙個區間不包含pk

的點,第2部證明每乙個不連續點都屬於pk

。第二步證明首先書中翻譯有點問題,取z應該是滿足

0<|z

−x|<

δ ,並且|f

(z)−

f(x)

|≥ϵ 。由於x點不連續,所以必定存在乙個這樣的

ϵ ,也就可以找到對應的k滿足1/

k<

ϵ .

最後的貝爾的函式分類非常有意思,雖然作者沒有做出證明,證明過從肯定會比較複雜, 但是結論是簡單的例如其中的定理:f可微則必定f』點態連續

作為本書的結束,這一章介紹了勒貝格積分的用途,給出了很多定理,但是沒有證明,包括上一章說的是否存在屬於247類的函式,是否存在不屬於貝爾分類的函式。希望了解這些定理證明的,只能找本實分析的書去看了

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