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内容简介
《高等数学引论(第1卷 英文版)》是我国名数学家华罗庚在上世纪60年代编写的教学用书,曾在中国科学技术大学讲授。全书包含了微积分、高等代数、常微分方程、复变函数论等内容。全书反映了作者的“数学是一门有紧密内在联系的学问,应将大学数学系的基础课放在一起来讲”的教学思想,还包括了作者的“要埋有伏笔”、“生书熟讲,熟书生温”等教学技巧,书中还介绍了数学理论的不少应用。
目录
Preface
Translator's note
Introduction
1 Real and complex numbers
1.1 Rational numbers
1.2 The existence of irrational numbers
1.3 A description of real numbers
1.4 Limit
1.5 The Bolzano-Weierstrass theorem
1.6 Definitions for complex numbers and vectors
1.7 Polar coordinates and multiplication
1.8 De Moivre's theorem
1.9 Completeness of the complex numbers
1.10 Introduction to quaternions
Supplement
1.11 Binary arithmetics
1.12 Periodic decimals
1.13 Rational approximations to real numbers
1.14 Error terms
1.15 Solutions to cubic and quartic equations
2 Vector algebra
2.1 Space coordinates and vectors
2.2 Addition of vectors
2.3 The decomposition of a vector
2.4 Inner product (scalar product)
2.5 Vector product (outer product)
2.6 Multiple products
2.7 Change of coordinates
2.8 Planes
2.9 Equation for a line in space
2 Supplement
2.10 Main formulae in spherical trigonometry
2.11 Duality principle
2.12 Right-angled and right-sided triangles
2.13 Forces, systems and equivalent systems
2.14 Combination of parallel forces
2.15 Moments
2.16 Couples
2.17 Standard form for a system
2.18 Equilibrium and its applications
3 Functions and graphs
3.1 Variables
3.2 Functions
3.3 Implicit functions
3.4 Functions represented by graphs and tables
3.5 Several elementary functions
3.6 Functions with simple special properties
3.7 Periodic functions
3.8 Representations for a complex function
3.9 Line of regression
3.10 Lagrange's interpolation formula
3.11 Other interpolation formulae
3.12 Experimental formulae
3.13 Family of curves
4 Limits
4.1 Limits of sequences
4.2 Sequences without limits
4.3 Series
4.4 Conditionally convergent series
4.5 The method of Zu Chongzhi in calculating π
4.6 Archimedes' method for the area of a parabolic region
4.7 Calculating pressure on a boundary
4.8 The number e
4.9 Taking limit in the continuum
4.10 On several important limits
4.11 Some examples
4.12 Orders of infinity
4.13 The symbols ~, O and o
4.14 Continuous functions
……
几何解析与拓扑学基础:从欧几里得空间到微分流形 本书旨在为读者提供一个严谨而深入的数学基础,涵盖现代几何学、拓扑学以及分析学中的核心概念。它并非一本传统的微积分或线性代数教材,而是更侧重于建立从经典几何到抽象代数结构之间的桥梁,为进阶的纯粹数学研究做好准备。 第一部分:欧几里得空间的分析几何 本部分从$n$ 维欧几里得空间 $mathbb{R}^n$ 的基础结构出发,建立严谨的分析框架。 1. 向量空间与线性映射的几何诠释: 我们首先复习线性代数的基本概念,但重点在于其几何意义。讨论 $mathbb{R}^n$ 上的内积(点积),它如何诱导出长度和角度的概念。详细分析正交性、正交基、Gram-Schmidt 正交化过程,并将其应用于最小二乘法和投影的几何解释。重点阐述线性映射如何作用于几何对象,例如旋转、反射和剪切变换的矩阵表示及其在坐标系变换下的不变性。 2. 欧几里得度量与拓扑结构: 在 $mathbb{R}^n$ 上定义欧几里得距离和范数,并在此基础上引入拓扑学的基础概念——开集、闭集、邻域、极限点和紧致性。严格证明 Heine-Borel 定理在 $mathbb{R}^n$ 上的应用,并讨论完备性(Cauchy 序列)在分析几何中的重要性。探讨等距变换(Isometries)在 $mathbb{R}^n$ 中的性质,它们保持距离和角度的变换如何构成欧几里得群 $E(n)$。 3. 曲线与曲面的微分几何入门: 引入空间曲线的参数化表示。定义弧长、切向量和挠率,解析性地刻画曲线的弯曲程度。随后过渡到 $mathbb{R}^3$ 中的曲面,使用第一、第二基本形式来局部描述曲面的几何属性。详细分析曲率(高斯曲率和平均曲率)的概念,解释这些内在不变量如何区分不同类型的曲面,并为后续的微分几何打下基础。 第二部分:拓扑空间与连续性 本部分将抽象化欧几里得空间中的“接近”概念,进入拓扑学领域。 1. 拓扑空间的一般理论: 定义拓扑空间,公理化开集的概念,并以此导出闭集、闭包、内部、边界。深入研究连续函数在拓扑空间中的定义,讨论开集映射和闭集映射的性质。分析商拓扑、子空间拓扑和积拓扑的构造方法及其应用,例如如何构建环面或笛卡尔积空间的拓扑结构。 2. 连通性与分离公理: 探讨连通空间的概念,区分路径连通性与连通性。分析局部连通性,并解释其与基本群(作为路径连通性的衡量指标)的关联。详细阐述分离公理(如 $T_1, T_2$ (Hausdorff) 空间),强调 Hausdorff 性质在保证函数极限唯一性和保证紧致子空间为闭集的重要性。 3. 紧致性与完备性: 深入研究紧致性,特别是其在任意拓扑空间中的覆盖定义。证明紧致空间上的连续函数具有最大值和最小值(Weierstrass 定理的推广)。对比拓扑学中的紧致性与度量空间中的完备性,展示两者在函数空间理论中的互补作用。 第三部分:度量空间与泛函分析的先声 本部分将拓扑学的抽象概念置于具有距离结构的背景下,为泛函分析做铺垫。 1. 度量空间的基础结构: 定义度量空间,并展示如何从度量导出拓扑结构。分析开球、闭球的概念,并讨论度量诱导的完备性。重点研究完备度量空间,引入巴拿赫不动点定理(收缩映射原理)及其在求解常微分方程初值问题中的应用。 2. 函数空间: 开始考察无限维空间,特别是函数空间 $C[a, b]$(连续函数空间)和 $L^p$ 空间(作为积分函数的空间)。在 $C[a, b]$ 上定义上确界范数(supremum norm),并讨论该空间是否完备(是,可证明)。介绍等度连续性(Equicontinuity)的概念,并阐述 Arzelà-Ascoli 定理,这是证明函数序列极限存在性的关键工具。 3. 线性泛函与赋范线性空间: 引入赋范线性空间的概念,即具有连续范数的向量空间。探讨线性泛函的连续性及其界线。最后,初步介绍有界线性算子(Bounded Linear Operator)的概念,为读者理解算子理论和希尔伯特空间打下必要的代数和拓扑基础。 本书的叙述风格严谨、逻辑清晰,强调数学概念之间的相互联系,旨在培养读者从直观几何图像过渡到严格抽象论证的能力。书中包含大量例证、反例以及需要读者自行证明的核心定理,以确保对概念的深度理解。