内容简介
     Exponentials、The Bessel Inequality、Convergence in the L2-Norm、Uniform Convergence of Fourier Series 、Periodic Functions Revisited、Exercises 等。     
内页插图
          目录
   I Fourier Analysis
1 Fourier Series
1.1 Periodic Functions
1.2 Exponentials
1.3 The Bessel Inequality
1.4 Convergence in the L2-Norm
1.5 Uniform Convergence of Fourier Series
1.6 Periodic Functions Revisited
1.7 Exercises
2 Hilbert Spaces
2.1 Pre-Hilbert and Hilbert Spaces
2.2 2-Spaces
2.3 Orthonormal Bases and Completion
2.4 Fourier Series Revisited
2.5 Exercises
3 The Fourier Transform
3.1 Convergence Theorems
3.2 Convolution
3.3 The Transform
3.4 The Inversion Formula
3.5 Plancherels Theorem
3.6 The Poisson Summation Formula
3.7 Theta Series
3.8 Exercises
4 Distributions
4.1 Definition
4.2 The Derivative of a Distribution
4.3 Tempered Distributions
4.4 Fourier Transform
4.5 Exercises
II LCA Groups
5 Finite Abelian Groups
5.1 The Dual Group
5.2 The Fourier Transform
5.3 Convolution
5.4 Exercises
6 LCA Groups
6.1. Metric Spaces and Topology
6.2 Completion
6.3 LCA Groups
6.4 Exercises
7 The Dual Group
7.1 The Dual as LCA Group
7.2 PontryaginDuality
7.3 Exercises
8 Plancherel Theorem
8.1 Haar Integration
8.2 Fubinis Theorem
8.3 Convolution
8.4 Plancherels Theorem
8.5 Exercises
III Noncommutative Groups
9 Matrix Groups
9.1 GLn(C) and U(n)
9.2 Representations
9.3 The Exponential
9.4 Exercises
10 The Representations of SU(2)
10.1 The Lie Algebra
10.2 The Representations
10.3 Exercises
11 The Peter-Weyl Theorem
11.1 Decomposition of Representations
11.2 The Representation on Hom(Vr,VT)
11.3 The Peter-Weyl Theorem
11.4 AReformulation
11.5 Exercises
12 The Heisenberg Group
12.1 Definition
12.2 The Unitary Dual
12.3 Hilbert-Schmidt Operators
12.4 The Plancherel Theorem for H
12.5 AReformulation
12.6 Exercises
A TheRiemannZetaFunction
B Haar Integration
Bibiliography
Index      
前言/序言
       
				 
				
				
					泛函分析与算子理论导论  本书旨在为读者提供一个全面而深入的泛函分析基础,并在此基础上引介现代算子理论的核心概念与重要工具。 读者将通过严谨的数学论证和丰富的应用实例,构建起坚实的理论框架,为进一步探索更高级的分析领域,如非交换几何、无穷维李群表示理论或量子场论中的数学结构,打下坚实的基础。  本书的组织结构严格遵循逻辑递进的原则,力求在保证数学严谨性的同时,兼顾教学的直观性和可理解性。全书分为四个主要部分:度量空间与拓扑回顾、赋范线性空间与巴拿赫空间、内积空间与希尔伯特空间,以及算子理论的初步探讨。  ---   第一部分:度量空间与拓扑回顾  在深入探讨线性空间之前,我们首先需要一个可靠的框架来讨论收敛性、完备性和拓扑结构。本部分从最基础的度量空间概念入手,逐步引向抽象拓扑空间。  1. 度量空间基础 (Metric Spaces Fundamentals):  我们将详细考察度量空间的定义及其基本性质,如开球、闭球、开集和闭集的定义。重点分析了完备性这一至关重要的概念,并引入了巴拿赫不动点定理 (Banach Fixed-Point Theorem),这是后续许多分析论证(如微分方程解的存在性与唯一性)的基石。我们将通过一系列实例——如函数空间中的均匀收敛度量、$L^p$ 空间中的度量——来巩固对完备性的理解。  2. 拓扑初步 (Introduction to Topology):  在此基础上,我们引入抽象拓扑空间的框架,研究连续性、紧致性、连通性等拓扑性质。紧致性的定义和关键性质(如 Heine-Borel 定理在有限维空间中的体现)将被仔细阐述。我们还将探讨相对拓扑的概念,为后续在子空间上定义新的拓扑结构做准备。特别地,本书将深入分析函数空间上的弱收敛拓扑(Weak Topologies),为后续处理无界线性算子的图像打下基础。  ---   第二部分:赋范线性空间与巴拿赫空间  本部分聚焦于具有“长度”概念的向量空间——赋范空间,并着重研究它们的完备化形式:巴拿赫空间。  3. 赋范线性空间 (Normed Linear Spaces):  定义范数,并分析范数诱导的度量和拓扑结构。我们详细区分了范数、度量和拓扑结构之间的关系。一个核心主题是开集和闭集在赋范空间中的表现。本章将初步探讨有限维赋范空间的特殊性质,证明所有有限维赋范空间都是闭合的(即拓扑完备的),并展示它们之间是“准等距同构”的,这为理解无穷维空间的复杂性提供了对比。  4. 有界线性算子与开映射定理 (Bounded Linear Operators and the Open Mapping Theorem):  这是泛函分析的核心内容之一。我们定义了线性算子、有界性(连续性),并引入算子范数的概念。在巴拿赫空间之间,有界线性算子的集合本身构成了一个新的巴拿赫空间。  本部分将用极大的篇幅来论证开映射定理 (Open Mapping Theorem) 和闭图像定理 (Closed Graph Theorem)。这些定理是处理算子谱理论和稳定性的关键工具,它们揭示了连续性、开性与闭合性在完备空间中的深刻联系。我们将展示如何运用这些定理来证明某些看似复杂的函数空间映射的性质。  5. 哈恩-巴拿赫定理 (The Hahn-Banach Theorem):  作为分离与逼近的基础,哈恩-巴拿赫定理的几何直观和代数表述将被详尽讨论。本书将首先从实值函数推广到复值函数的情形,并重点阐述其在支撑泛函 (Supporting Functionals) 和扩展线性泛函构造中的应用。我们将清晰地展示该定理如何保证在巴拿赫空间中,总存在足够多的线性泛函来“区分”空间中的不同点。  ---   第三部分:内积空间与希尔伯特空间  本部分将结构增加一个内积操作,从而引入几何概念,如正交性、投影和长度的更强概念,导向希尔伯特空间。  6. 内积空间与正交性 (Inner Product Spaces and Orthogonality):  定义内积,并导出范数(柯西-施瓦茨不等式是这里的关键工具)。重点分析正交补 (Orthogonal Complement) 的概念,并展示其在求解最小范数问题中的核心作用。  7. 希尔伯特空间结构 (Hilbert Space Structure):  希尔伯特空间是完备的内积空间。由于其丰富的几何结构,它们在数学物理中占有核心地位。本章的核心成果是投影定理 (Projection Theorem),它说明了任何闭凸子空间都存在唯一的最近点。我们将应用此定理来构造和证明Riesz 表示定理 (Riesz Representation Theorem),这是连接函数空间和其对偶空间的关键桥梁。  8. 有界自伴随算子 (Bounded Self-Adjoint Operators):  在希尔伯特空间上,我们引入了自伴随算子(在量子力学中对应于厄米算符)的概念。我们将研究其性质,特别是它们的谱(本征值和残余谱)必须完全落在实轴上。这部分为后续的谱理论奠定了基础。  ---   第四部分:算子理论的初步展望  本部分将应用前三部分建立的工具,对算子理论中最基础但最重要的领域——有界算子的谱理论——进行概述。  9. 算子谱理论基础 (Foundations of Operator Spectral Theory):  定义有界线性算子的谱 (Spectrum) $sigma(T)$。本书将专注于证明谱是闭集且有界,并详细考察解析函数在算子上的推广——函数演算 (Functional Calculus) 的初步形式。我们将证明谱半径公式 (Spectral Radius Formula)。  10. 谱的几何与拓扑 (Geometry and Topology of the Spectrum):  深入探讨谱的性质,特别是$mathbb{C}$上多项式函数的谱与算子之间的关系。我们将分析算子 $T$ 与 $T-lambda I$ 是否可逆之间的联系,并引入解析函数在算子上的推广的概念,展示了如何利用复分析的工具来研究算子的代数性质。这部分将为读者理解更高级的无界算子的谱理论(如微分算子)提供必要的概念准备,强调了泛函分析作为现代数学分析的连接点的作用。  本书的最终目标是培养读者对无穷维空间中“几何”和“分析”交叉点的深刻直觉,使读者能够自信地面对和解决涉及无限维度空间的数学问题。每一章都配有大量的练习题,旨在巩固理论理解并激发独立思考。