一.分析學(xué)在20世紀(jì)之前的狀況分析學(xué)領(lǐng)域中的各個(gè)數(shù)學(xué)分支的基本理論大多在19世紀(jì)就已經(jīng)初步形成,其中就包括了數(shù)學(xué)分析(高等微積分)、復(fù)變函數(shù)論、變分法和微分方程等理論。分析學(xué)的基礎(chǔ)是經(jīng)典的微積分理論。17世紀(jì)主要由Newton(牛頓)和Leibniz(萊布尼茲)創(chuàng)造的微積分是人類思想史上最為絢麗多彩的偉大成就,它支撐起了現(xiàn)代數(shù)學(xué)和科學(xué)技術(shù)的宏偉大廈。在18世紀(jì),Taylor(泰勒)、Maclaurin(麥克勞林)、Bernoulli(貝努力)、l’Hospital(洛必達(dá))等數(shù)學(xué)家進(jìn)一步完善了微積分的理論。 在18世紀(jì)的下半葉,d’Alembert(達(dá)朗貝爾)、Lagrange(拉格朗日)和Euler(歐拉)等數(shù)學(xué)家開始研究雙曲型偏微分方程(弦振動(dòng)方程) ,并且從中產(chǎn)生了“一個(gè)任意函數(shù)能否表示成三角級數(shù)的和”的基本問題: 這個(gè)重要問題在19世紀(jì)初被Fourier(傅里葉)肯定地加以解決,因此上述這個(gè)三角級數(shù)在現(xiàn)代就稱為傅里葉級數(shù),其中的 當(dāng)然,F(xiàn)ourier(傅里葉)沒有證明上述傅里葉級數(shù)一定收斂到 ,在歷史上是Cauchy(柯西)首先注意到必須證明所有級數(shù)(包括函數(shù)項(xiàng)級數(shù))的收斂性。Cauchy(柯西)首次定義了數(shù)列與函數(shù)的“極限”概念,這樣級數(shù)的收斂就意味著級數(shù)的部分和趨向于一個(gè)固定的數(shù)值。在1829年,Dirichlet(狄利克雷)證明了傅里葉級數(shù)的收斂性。 Cauchy(柯西)不僅定義了“極限”,他還定義了“連續(xù)”、“可微”和“(連續(xù)函數(shù)意義下的)可積”等最基本的分析學(xué)概念,并且證明了連續(xù)函數(shù)一定(在連續(xù)函數(shù)意義下)可積。后來在19世紀(jì)中葉,Riemann(黎曼)進(jìn)一步給出了“黎曼積分”的基本概念,使得可積分的函數(shù)擴(kuò)大到了不連續(xù)的函數(shù)。Weierstrass(魏爾斯特拉斯)也是一位分析嚴(yán)密化的先驅(qū),他提出了有關(guān)函數(shù)極限的 定義,由此完善了整個(gè)微積分和分析理論的邏輯基礎(chǔ)。 另一方面,Cauchy(柯西)也將微積分理論推廣到了復(fù)變函數(shù),引入了解析函數(shù)的基本概念。解析函數(shù)也稱為全純函數(shù),它具有很好的性質(zhì),例如Riemann(黎曼)在1851年給出了全純函數(shù)所滿足的Cauchy-Riemann方程。而對于全純函數(shù)的復(fù)積分,Cauchy(柯西)在1825年就證明了著名的柯西積分定理——全純函數(shù)在單連通區(qū)域邊界上的復(fù)積分總是為零,由此便得到了關(guān)于復(fù)積分和留數(shù)計(jì)算的一系列基本結(jié)果。Cauchy(柯西)還證明了:若復(fù)變函數(shù) 在 處為全純,則在該點(diǎn)的鄰域內(nèi),有冪級數(shù)展開式 而Riemann(黎曼)在研究多值復(fù)變函數(shù)時(shí),引入了著名的黎曼面的概念(這個(gè)重要概念在20世紀(jì)進(jìn)一步發(fā)展成了微分流形和復(fù)流形的概念)。到了19世紀(jì)的后期,Weierstrass(魏爾斯特拉斯)從復(fù)變函數(shù)的冪級數(shù)理論出發(fā),提出了解析延拓(或解析開拓)的基本概念,并且開始對兩個(gè)以上復(fù)變量的全純函數(shù)進(jìn)行研究。 二.分析學(xué)在20世紀(jì)中的大發(fā)展在19世紀(jì)的后期,在考察和研究傅里葉級數(shù)收斂性的過程中,Cantor(康托)創(chuàng)立了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)理論——集合論。這個(gè)基本理論給分析學(xué)帶來了革命性的變化。在20世紀(jì)初,Lebegue(勒貝格)發(fā)表了關(guān)于Lebegue測度和Lebegue積分的新理論,Lebegue積分是對黎曼積分的極大推廣,這種新積分使得傅里葉級數(shù)的研究取得重大的突破,產(chǎn)生了傅里葉分析這個(gè)新的分支學(xué)科。 在微分學(xué)求函數(shù)極值的基礎(chǔ)上,19世紀(jì)的的數(shù)學(xué)家們還找到了使泛函取到極值的方法——變分法,變分法是現(xiàn)代物理學(xué)中重要的數(shù)學(xué)方法。由于在研究泛函關(guān)于函數(shù)的連續(xù)性和可微性時(shí),需要把函數(shù)作為函數(shù)空間中的“點(diǎn)”,并且在積分方程的研究中也需要引入函數(shù)空間,于是就產(chǎn)生了一個(gè)名稱為泛函分析的新分支學(xué)科,其中運(yùn)用了線性代數(shù)與點(diǎn)集拓?fù)涞姆椒?,來處理以函?shù)作為元素的函數(shù)空間。實(shí)際上,泛函分析的起源可以追溯到Volterra(沃爾泰拉)在1887年的重要工作,那時(shí)他就提出了算子這個(gè)重要概念,算子將函數(shù)變成函數(shù)。如果算子的值域是數(shù)域,那么算子就成為了泛函。Volterra(沃爾泰拉)與Fredholm(弗雷德霍姆)在研究積分方程時(shí),提煉出了泛函分析的基本思想。 在20世紀(jì)初,Hilbert(希爾伯特)在研究具有對稱核的Fredholm型積分方程的特征值問題時(shí),引入了函數(shù)空間 與 。然后在此基礎(chǔ)上,Hilbert(希爾伯特)研究了希爾伯特空間上的連續(xù)算子,他的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是連續(xù)譜。von Neumann(馮·諾伊曼)隨后建立了抽象希爾伯特空間的譜理論,在1929年,von Neumann(馮·諾伊曼)證明了一個(gè)十分重要的定理:希爾伯特空間中的閉線性算子有實(shí)譜分解的充要條件是是自共軛算子,這個(gè)結(jié)果為量子力學(xué)奠定了必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。接著在1932年,Banach(巴拿赫)引進(jìn)了比希爾伯特空間范圍更廣的巴拿赫空間的概念,他證明了一系列關(guān)于巴拿赫空間中閉線性算子的基本定理,其中包括開映射定理、閉圖象定理和一致有界定理等。以后,巴拿赫空間又被推廣為拓?fù)渚€性空間。 巴拿赫代數(shù)在1936年被引進(jìn),Gel’fand(蓋爾范德)在這方面的基礎(chǔ)工作,使得巴拿赫代數(shù)后來成為在研究局部緊群的線性表示理論時(shí)的重要工具。 同樣在1936年,Sobolev(索伯列夫)通過運(yùn)用微積分中的分部積分公式,給出了函數(shù)概念和導(dǎo)數(shù)概念的一種推廣,這個(gè)推廣在1945年被L. Schwartz(施瓦茲)進(jìn)一步發(fā)展成了廣義函數(shù)的理論。廣義函數(shù)是定義在函數(shù)空間上的連續(xù)線性泛函,它給出了物理學(xué)家Dirac(狄拉克)的 -函數(shù)的一個(gè)合理的解釋。L. Schwartz(施瓦茲)在創(chuàng)立廣義函數(shù)理論的過程中,充分運(yùn)用了拓?fù)渚€性空間的理論。 偏微分方程理論在現(xiàn)代數(shù)學(xué)和科學(xué)技術(shù)中具有很重要的作用,它是聯(lián)系一些數(shù)學(xué)分支學(xué)科和自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科之間的一個(gè)橋梁。在20世紀(jì)30年代前,偏微分方程主要研究一些數(shù)學(xué)物理方程經(jīng)典解的求法。從30年代起,各種泛函分析的方法被用于偏微分方程的研究,人們致力于尋求偏微分方程的廣義解,廣義函數(shù)理論極大地推動(dòng)了偏微分方程現(xiàn)代理論的發(fā)展。到了60年代,數(shù)學(xué)家們又將微分算子發(fā)展成了擬微分算子,后來進(jìn)一步發(fā)展成微局部分析方法。 在線性偏微分方程理論發(fā)展的同時(shí),對各種非線性偏微分方程的研究也獲得了許多進(jìn)展,為此人們不斷發(fā)展出各種各樣的方法來解決大量復(fù)雜的非線性問題。 20世紀(jì)的常微分方程理論的研究主要有三個(gè)方面:解析理論(例如用常微分方程來描寫自守函數(shù)),定性理論(后來發(fā)展成為動(dòng)力系統(tǒng)理論)、以及各種常微分方程應(yīng)用的研究。 關(guān)于復(fù)分析,數(shù)學(xué)家們在19世紀(jì)所建立的一元復(fù)變函數(shù)的理論中,已經(jīng)包括了黎曼面(或黎曼曲面)理論和橢圓函數(shù)理論,這些理論對后來的數(shù)論與代數(shù)幾何的發(fā)展影響很大。在20世紀(jì),值分布理論、擬共形映射、Teichmüller空間等重要理論的研究都取得了很大的進(jìn)展。 在20世紀(jì)初,人們開始研究多復(fù)變函數(shù)論,初期的工作是將單復(fù)變函數(shù)的結(jié)論推廣到具有任意多個(gè)自變量的情形。然而數(shù)學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)多元復(fù)變函數(shù)與一元復(fù)變函數(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別,由于多復(fù)變函數(shù)非常復(fù)雜,所以就用到了微分幾何、代數(shù)幾何、拓?fù)鋵W(xué)、微分方程等領(lǐng)域中的許多理論與方法。例如對于全純域的問題,由H. Cartan(H. 嘉當(dāng))和Serre(塞爾)等人通過運(yùn)用了層的上同調(diào)方法而得到解決,這個(gè)重要工作還被進(jìn)一步推廣到了解析空間和代數(shù)幾何中。 另一方面,經(jīng)過Weyl(外爾)、Hodge(霍奇)、Kodaira(小平邦彥)和Hirzebruch(希策布魯赫)等人的努力,將經(jīng)典的黎曼面理論推廣到了高維的情形,由此產(chǎn)生了關(guān)于復(fù)流形與復(fù)幾何的宏大理論。 三.20世紀(jì)分析學(xué)領(lǐng)域中的各個(gè)分支學(xué)科在20世紀(jì)分析學(xué)領(lǐng)域中,所形成的各個(gè)分支學(xué)科(或方向)有: 1.實(shí)分析 微分學(xué)、測度論、積分理論、不變測度、長度和面積、分形、級數(shù)與漸近級數(shù)、多項(xiàng)式逼近、正交函數(shù)系、傅里葉級數(shù)、傅里葉變換、小波、調(diào)和分析、殆周期函數(shù)、Laplace變換、積分變換、位勢論、調(diào)和函數(shù)、狄利克雷問題、變分法、Plateau(普拉托)問題、凸分析。 2.泛函分析 希爾伯特空間、巴拿赫空間、有序線性空間、拓?fù)渚€性空間、函數(shù)空間、廣義函數(shù)、向量值積分、線性算子、緊算子與核型算子、插值空間、算子的譜分析、算子不等式、線性算子的攝動(dòng)、算子半群和發(fā)展方程、巴拿赫代數(shù)、C﹡-代數(shù)、函數(shù)代數(shù)、馮·諾伊曼代數(shù)、非線性泛函分析。 3.微分方程 常微分方程的初值問題和邊值問題、線性常微分方程、線性常微分方程的局部理論、線性常微分方程的整體理論、非線性常微分方程的局部理論、非線性常微分方程的整體理論、Painlevé方程、非線性振動(dòng)、非線性問題、常微分方程解的穩(wěn)定性、積分不變量、差分方程、泛函微分方程、動(dòng)力系統(tǒng)、低維動(dòng)力系統(tǒng)、雙曲動(dòng)力系統(tǒng)、保守動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)中的分歧、全微分方程、偏微分方程及其解法、亞橢圓性與可解性、偏微分方程的初值問題、復(fù)數(shù)域中的偏微分方程、一階偏微分方程、Monge-Ampère方程、橢圓型偏微分方程、雙曲型偏微分方程、拋物型偏微分方程、混合型偏微分方程、偏微分方程理論中的不等式、Green函數(shù)與Green算子、積分方程、積分微分方程、特殊微分方程、微局部分析與擬微分算子、特殊函數(shù)、橢圓函數(shù)。 4.復(fù)分析 全純函數(shù)與冪級數(shù)、全純函數(shù)族、全純函數(shù)最大值原理、解析函數(shù)邊界性質(zhì)、單葉函數(shù)、值分布理論、復(fù)逼近論、黎曼面、黎曼面上的分析、復(fù)動(dòng)力系統(tǒng)、共形映射、擬共形映射、Teichmüller空間、Klein群、多變量解析函數(shù)、解析空間、 方程、全純映射、多重下調(diào)和函數(shù)、CR-流形、核函數(shù)、Siegel區(qū)域、周期積分。 四. 20世紀(jì)上半葉分析學(xué)發(fā)展過程中的大事記下面按照年份的順序,記錄了在20世紀(jì)的上半葉,關(guān)于分析學(xué)發(fā)展過程中的一些重要事件。
圖1:Courant(柯朗)與Hilbert(希爾伯特)寫的《數(shù)學(xué)物理方法I》中譯本,科學(xué)出版社,2011年
圖2:Banach(巴拿赫)寫的《線性算子理論》中譯本,科學(xué)出版社,2011年
圖3:Courant(柯朗)與Hilbert(希爾伯特)寫的《數(shù)學(xué)物理方法II》中譯本,科學(xué)出版社,2012年
圖4:L. Schwartz(施瓦茲)寫的《廣義函數(shù)論》中譯本,高等教育出版社,2010年 五.分析學(xué)閱讀書目(一)實(shí)分析1.《數(shù)學(xué)分析(上、下)》(第二版),華東師范大學(xué)數(shù)學(xué)系,高等教育出版社,1991年。 圖5:華東師范大學(xué)數(shù)學(xué)系編寫的《數(shù)學(xué)分析(上)》 2.《微積分(上、下)》,邁克爾·斯皮瓦克(M. Spivak),高等教育出版社,1981年。 圖6:邁克爾·斯皮瓦克(M. Spivak)寫的《微積分(下)》中譯本 3.《Understanding Analysis》,S. Abbott,世界圖書出版公司北京公司,2008年。 圖7:S. Abbott寫的《Understanding Analysis》 4.《重溫微積分》,齊民友,高等教育出版社,2004年。 圖8:齊民友寫的《重溫微積分》 5.《從大學(xué)數(shù)學(xué)走向現(xiàn)代數(shù)學(xué)》,徐宗本主編,科學(xué)出版社,2007年。 圖9:徐宗本主編的《從大學(xué)數(shù)學(xué)走向現(xiàn)代數(shù)學(xué)》 6,《近代分析數(shù)學(xué)概要》,陳景良,清華大學(xué)出版社,1987年。 圖10:陳景良寫的《近代分析數(shù)學(xué)概要》 7.《Fourier Analysis and Its Applications》,A. Vretblad,科學(xué)出版社,2011年。 圖11:A. Vretblad寫的《Fourier Analysis and Its Applications》 8.《傅里葉分析》,斯坦恩(Stein)、沙卡什(Shakarchi),機(jī)械工業(yè)出版社,2020年。 圖12:斯坦恩(Stein)與沙卡什(Shakarchi)寫的《傅里葉分析》中譯本 9,《實(shí)變函數(shù)與泛函分析基礎(chǔ)》(第四版),程其襄等,高等教育出版社,2019年。 圖13:程其襄等人寫的《實(shí)變函數(shù)與泛函分析基礎(chǔ)》(第四版) 10.《實(shí)分析》,斯坦恩(Stein)、沙卡什(Shakarchi),機(jī)械工業(yè)出版社,2017年。 圖14:斯坦恩(Stein)與沙卡什(Shakarchi)寫的《實(shí)分析》中譯本 11.《Postmodern Analysis》,J. Jost,Springer,1998年。 圖15:J. Jost寫的《Postmodern Analysis》 12.《分析學(xué)》(第二版),E. H. Lieb、M. Loss,高等教育出版社,2006年。 圖16:E. H. Lieb與M. Loss寫的《分析學(xué)》(第二版)中譯本 13.《Real Analysis》,B. Simon,American Mathematical Society,2015年。 圖17:B. Simon寫的《Real Analysis》 14.《Harmonic Analysis》,B. Simon,American Mathematical Society,2015年。 圖18:B. Simon寫的《Harmonic Analysis》 15,《古今數(shù)學(xué)思想(第二、三、四冊)》,莫里斯·克萊因(MorrisKline),上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2002年。 圖19:莫里斯·克萊因(Morris Kline)寫的《古今數(shù)學(xué)思想(第四冊)》中譯本 (二)泛函分析 16.《泛函分析講義(上冊)》(第二版),張恭慶、林源渠,北京大學(xué)出版社,2021年。 圖20:張恭慶、林源渠寫的《泛函分析講義(上冊)》(第二版) 17,《泛函分析》(第二版),W.Rudin,機(jī)械工業(yè)出版社,2020年。 圖21:W. Rudin寫的《泛函分析》(第二版)中譯本 18.《Functional Analysis》,P. D. Lax,高等教育出版社,2007年。 圖22:P. D. Lax寫的《Functional Analysis》 19.《Introduction to Hilbert Spaceswith Applications》(第三版),L.Debnath、P. Mikusiński,世界圖書出版公司,2012年。 圖23:L. Debnath與P. Mikusiński寫的《Introduction to Hilbert Spaceswith Applications》(第三版) 20,《泛函分析》,斯坦恩(Stein)、沙卡什(Shakarchi),機(jī)械工業(yè)出版社,2019年。 圖24:斯坦恩(Stein)與沙卡什(Shakarchi)寫的《泛函分析》中譯本 21.《Operator Theory》,B. Simon,American Mathematical Society,2015年。 圖25:B. Simon寫的《Operator Theory》 22.《Mathematical Analysis during the20th century》,J.-P. Pier,Oxford University Press,2001年。 圖26:J.-P. Pier寫的《Mathematical Analysis during the 20th century》 23.《泛函分析史》,J. 迪厄多內(nèi),高等教育出版社,2016年。 圖27:J. 迪厄多內(nèi)寫的《泛函分析史》中譯本 (三)微分方程 24,《常微分方程》,中山大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系常微分方程組,人民教育出版社,1978年。 圖28:中山大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系常微分方程組編寫的《常微分方程》 25.《Differential Equations:Theory,Technique,and Practice》,G. F. Simmons、S. G. Krantz,清華大學(xué)出版社,2009年。 圖29:G. F. Simmons與S. G. Krantz寫的《Differential Equations:Theory,Technique,and Practice》 26.《An Introduction to DynamicalSystems》(第二版),R. C.Robinson,高等教育出版社,2017年。 圖30:R. C.Robinson寫的《AnIntroduction to Dynamical Systems》(第二版) 27.《偏微分方程》,H. Levine,高等教育出版社,2007年。 圖31:H. Levine寫的《偏微分方程》中譯本 28,《基礎(chǔ)偏微分方程》,D.Bleecker、G. Csordas,高等教育出版社,2006年。 圖32:D. Bleecker與G. Csordas寫的《基礎(chǔ)偏微分方程》中譯本 29.《數(shù)學(xué)物理中的偏微分方程》,T. Myint-U,上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1983年。 圖33:T. Myint-U寫的《數(shù)學(xué)物理中的偏微分方程》中譯本 30.《Partial Differential Equations》(第二版),N. H. Asmar,機(jī)械工業(yè)出版社,2012年。 圖34:N. H. Asmar寫的《Partial Differential Equations》(第二版) 31.《偏微分方程》(第四版),F(xiàn). 約翰(Fritz John),科學(xué)出版社,1986年。 圖35:F. 約翰(Fritz John)寫的《偏微分方程》(第四版)中譯本 32.《An Introduction to Partial Differential Equations》(第二版),M. Renardy、R. C. Rogers,科學(xué)出版社,2011年。 圖36:M. Renardy與R. C. Rogers寫的《An Introduction to Partial Differential Equations》(第二版) 33.《Partial Differential Equations I、II、III》(第二版),M. E. Taylor,世界圖書出版公司,2014年。 圖37:M. E. Taylor寫的《Partial Differential Equations I》(第二版) 34.《偏微分方程現(xiàn)代理論引論》,崔尚斌,科學(xué)出版社,2016年。 圖38:崔尚斌寫的《偏微分方程現(xiàn)代理論引論》 (四)復(fù)分析 35.《復(fù)變函數(shù)》(第四版),余家榮,高等教育出版社,2007年。 圖39:余家榮寫的《復(fù)變函數(shù)》(第四版) 36.《An Introduction to Complex Analysis and Geometry》,J. P. D’Angelo,高等教育出版社,2017年。 圖40:J. P. D’Angelo寫的《An Introduction to Complex Analysis and Geometry》 37.《復(fù)分析》,斯坦恩(Stein)、沙卡什(Shakarchi),機(jī)械工業(yè)出版社,2017年。 圖41:斯坦恩(Stein)與沙卡什(Shakarchi)寫的《復(fù)分析》中譯本 38,《復(fù)分析》(第三版),阿爾福斯(Ahlfors),機(jī)械工業(yè)出版社,2022年。 圖42:阿爾福斯(Ahlfors)寫的《復(fù)分析》(第三版)中譯本 39.《復(fù)分析導(dǎo)引》,李忠,北京大學(xué)出版社,2004年。 圖43:李忠寫的《復(fù)分析導(dǎo)引》 40.《A Course in Complex Analysis and Riemann Surfaces》,W. Schlag,高等教育出版社,2022年。 圖44:W. Schlag寫的《A Course in Complex Analysis and Riemann Surfaces》 41.《Basic Complex Analysis》,B. Simon,American Mathematical Society,2015年。 圖45:B. Simon寫的《Basic Complex Analysis》 42.《Advanced Complex Analysis》,B. Simon,American Mathematical Society,2015年。 圖46:B. Simon寫的《Advanced Complex Analysis》 43.《多復(fù)變函數(shù)論基礎(chǔ)》,史濟(jì)懷,高等教育出版社,2014年。 圖47:史濟(jì)懷寫的《多復(fù)變函數(shù)論基礎(chǔ)》 44,《多復(fù)變函數(shù)論》,蕭蔭堂、陳志華、鐘家慶,高等教育出版社,2013年。 圖48:蕭蔭堂、陳志華、鐘家慶寫的《多復(fù)變函數(shù)論》 文稿|陳躍 編輯|朱善軍 |
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