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Neumann数学讲座(1):Lebesgue积分

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若人们不相信数学简单,只因为他们未意识到生命之复杂。(John von Neumann)
1.经典Riemann(黎曼)积分的局限性。在数学分析中,我们知道,Riemann积分通常只考虑在一个区间上的连续函数(或者至多有可数个间断点)。并且,积分的收敛性质对于函数(列)要求苛刻,比方说,我们有一列函数{fn}点点收敛f,则未必有fn的积分收敛于f的积分,进一步地,我们要求这个函数列有更加强的收敛性:一致收敛,这是一个极强的收敛性质,一般函数列极难满足。这就大大地限制了Riemann积分的应用范围。
为了适应日益扩大的需求,法国数学家Henri Lebesgue在20世纪初提出了新的积分理论(Lebesgue积分理论),它完全不要求函数定义在(连续)区间上,并且对这种函数的积分对函数本身的要求也极为宽松。
下面就是Lebesgue积分的定义:




IP属地:北京1楼2010-11-01 23:58回复
    上一楼我的签名档就是von Neumann教授讲课时候的照片。
    2,解释与评注:
    Lebesgue积分的定义过程表面看起来十分不同于Riemann积分(分割—求和—取极限)的定义方式,它的定义方式的似乎是很公理化的,而不是物理的或者几何的。这正是现代数学的抽象化特征。


    IP属地:北京2楼2010-11-02 00:21
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      数学的目的在于使用尽可能少的语言来尽可能多地描述这个世界。(Michael Atiyah)
      这些内容应该说是现代数学中的最基本知识。
      参考书目:
      胡适耕,《现代应用数学基础》《近代分析基础》《抽象空间引论》
      P.R.Halmos《测度论》
      W.Rudin《实分析与复分析》


      IP属地:北京5楼2010-11-03 00:10
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        回复:3楼
        我们现在使用的积分基本上是Lebesgue积分,von Neumann在测度论,尤其是不变测度和群上测度做过突出贡献,但是现在最广泛使用的积分理论应该归功于Borel,Lebesgue,Jordan这些人。当然,据Norbert Wiener的看法,他是真正发现了Lebesgue积分的伟大意义,并将其应用于物理学的第一人。
        


        IP属地:北京6楼2010-11-03 00:13
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          我们进一步谈一谈测度,首先请看下面的定义。


          IP属地:北京12楼2010-11-10 00:40
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            看到上面的定义,我们可能感到抽象费解。这正是现代数学的公理化特征,尽管抽象,然而清楚简单,是一个数学理论最节省的表述方式。
            什么是“测度”呢?我们说一根曲线的长度、一块区域的面积、一个物体的体积,实际上就是给了这些几何对象一个“测度”。然而,如果一个点集的形状无比复杂,例如下面的Koch曲线,它的边界是如此复杂,我们如何度量它的长度?
            


            IP属地:北京13楼2010-11-10 00:49
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              正是为了给上述点集一个合理的测度(长度或者面积或者体积或者更高维的“体积”),人们才发展了测度论。本来度量实空间中的点集,我们有最好用的Lebesgue测度理论,但是它的定义和构造实在是太复杂了,因此我们在这里给出的是抽象测度,它站在更高处把Lebesgue测度也涵盖在里面了。
              我们来看看上面的定义,首先,我们从一个set的全部子集中选出了一部分,符号2^Ω就表示Ω的所有子集构成的类。我们打算给这选出的一部分子集赋予测度,所以称它们是可测的。你当然会问,为什么不给这个set的全部子集都赋予测度?答案是,如果这样做,会使我们赋予测度的过程变得非常麻烦,即使成功了,这个测度也不会很好用。我们把选出的这一部分子集的全体称作σ-代数。


              IP属地:北京14楼2010-11-10 00:58
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                本来打算一路写下去的,可是笔记本电脑的电池损耗严重,撑不了很长时间。原来的计划只好搁浅,我承诺寒假补上。


                IP属地:北京18楼2010-12-13 23:10
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