内容简介
     《实分析(英文)》在Princeton大学使用,同时在其它学校,比如UCLA等名校也在本科生教学中得到使用。其教学目的是,用统一的、联系的观点来把现代分析的“核心”内容教给本科生,力图使本科生的分析学课程能接上现代数学研究的脉络。     
内页插图
          目录
   Foreword
Introduction
1 Fourier series: completion
2 Limits of continuous functions
3 Length of curves
4 Differentiation and integration
5 The problem of measure
Chapter 1. Measure Theory
1 Prelhninaries
2 The exterior measure
3 Measurable sets and the Lebesgue measure
4 Measurable functions
4.1 Definition and basic properties
4.2 Approximation by simple functions or step functions
4.3 Littlewood's three principles
5 The Brunn-Minkowski inequality
6 Exercises
7 Problems
Chapter 2. Integration Theory
1 The Lebesgue integral: basic properties and convergence theorems
2 The space L1 ofintegrable functions
3 Fubini's theorem
3.1 Statement and proof of the theorem
3.2 Applications of Fubini's theorem
4* A Fourier inversion formula
5 Exercises
6 Problems
Chapter 3. Differentiation and Integration
1 Differentiation of the integral
1.1 The Hardy-Littlewood maximal function
1.2 The Lebesgue differentiation theorem
2 Good kernels and approximations to the identity
3 Differentiability of functions
3.1 Functions of bounded variation
3.2 Absolutely continuous functions
3.3 Differentiability ofjump functions
4 Rectifiable curves and the isoperimetric inequality
4.1 Minkowski content of a curve
4.2 Isoperimetric inequality
5 Exercises
6 Problems
Chapter 4. Hilbert Spaces: An Introduction
1 The Hilbert space L2
2 Hilbert spaces
2.1 Orthogonality
2.2 Unitary mappings
2.3 Pre-Hilbert spaces
3 Fourier series and Fatou's theorem
3.1 Fatou's theorem
4 Closed subspaces and orthogonal projections
5 Linear transformations
5.1 Linear functionals and the Riesz representation theorem
5.2 Adjoints
5.3 Examples
6 Compact operators
7 Exercises
8 Problems
Chapter 5. Hilbert Spaces: Several Examples
1 The Fourier transform on L2
2 The Hardy space of the upper half-plane
3 Constant coefficient partial differential equations
3.1 Weaak solutions
3.2 The main theorem and key estimate
4 The Dirichlet principle
4.1 Harmonic functions
4.2 The boundary value problem and Dirichlet's principle
5 Exercises
6 Problems
Chapter 6. Abstract Measure and Integration Theory
Chapter 7. Hausdorff Measure and Fractals
Notes and References
Bibliography
Symbol Glossary
Index      
前言/序言
       
				 
				
				
					基础拓扑学:几何与结构之美  本书导言  拓扑学,常被称为“橡皮泥几何学”,是现代数学中一个至关重要的分支,它关注的是在连续形变(拉伸、扭曲,但不允许撕裂或粘合)下保持不变的几何性质。本书旨在为读者提供一个严谨而直观的《基础拓扑学》入门,侧重于理解点集拓扑学的核心概念及其在数学其他领域中的应用。我们将从集合论的视角出发,逐步构建起拓扑空间的严格框架,并探索这些抽象结构所蕴含的深刻几何洞察。  第一部分:度量空间与拓扑基础  本书的开篇将聚焦于我们最熟悉也是最直观的空间——度量空间。  第一章:度量空间的回顾与延伸  我们首先重温度量(或距离函数)的定义及其基本性质,如三角不等式。在此基础上,我们将引入开球的概念,这是构造拓扑的基础单元。然后,我们将详细讨论度量空间中的几个核心概念:     开集与闭集: 严格定义一个点在集合中的邻域概念,从而精确定义开集。开集的补集即为闭集,我们将探讨闭集的性质,特别是闭包、内部和边界的运算。    收敛性与聚点: 在度量空间中,序列的收敛性有明确的几何意义。我们将分析序列的极限,并区分聚点(Limit Point)与聚点集(Accumulation Point Set)。    完备性 (Completeness): 完备性是衡量空间“没有空洞”的重要度量。我们将深入探讨柯西序列,并引入完备度量空间(如 $mathbb{R}^n$)的概念。在此背景下,我们将证明著名的巴拿赫不动点定理(Banach Fixed-Point Theorem),该定理在微分方程和数值分析中具有基石性的地位。  第二章:拓扑空间的抽象化  度量空间虽然直观,但并非所有有用的空间都具备自然的度量。因此,我们需要一个更具普遍性的框架——拓扑空间。     拓扑的定义: 拓扑被定义为集合上的一族特殊的子集(开集),它们必须满足空集和全集包含、有限交集保持、任意并集保持的公理。我们将展示如何从度量空间自然地导出拓扑结构。    基(Basis)与基底(Subbasis): 我们将学习如何利用一组特殊的开集(基)来生成整个拓扑结构,这极大地简化了对邻域的讨论。    相对拓扑与乘积拓扑: 当我们研究一个子集时,它继承了原空间的结构,即相对拓扑。对于多个空间的组合,乘积拓扑是研究多维结构(如 $mathbb{R}^2$ 或更高维空间)不可或缺的工具。我们将仔细分析乘积拓扑的开集是如何构成的。    分离公理 (Separation Axioms): 我们将探讨区分不同类型空间的条件,从最基本的 $T_0$ 公理到最严格的 豪斯多夫空间 ($T_2$)。豪斯多夫性质保证了极限的唯一性,是后续许多重要定理成立的前提。  第二部分:连续性、连通性与紧致性  拓扑学的核心任务是研究保持结构不变的函数和空间本身的内在属性。  第三章:连续映射与同胚  拓扑学中对“形状”的保持是通过连续函数来体现的。     拓扑空间的连续性: 连续性被定义为原像保持开集性。我们将比较这种定义与度量空间中 $epsilon-delta$ 定义的等价性。    开映射与闭映射: 探讨函数在开集和闭集之间的映射性质,这对于理解映射的“扩张”或“收缩”效果至关重要。    同胚 (Homeomorphism): 同胚是拓扑学中的“等价”关系。如果两个空间之间存在连续且逆也连续的映射,则称它们是同胚的。我们将通过具体的例子(如圆环与咖啡杯的类比)来理解同胚的意义,即它们在拓扑意义上是“相同的”。  第四章:连通性:空间的“单块性”  连通性关注的是空间是否可以被分解成不相交的、非平凡的开集。     连通空间的定义: 一个空间是连通的,当且仅当它不能被分解为两个不相交的非空开集的并集。    路径连通性 (Path Connectedness): 路径连通性是比连通性更强的条件,它要求空间中任意两点之间存在一条连续的路径相连。我们将证明在 $mathbb{R}^n$ 中,路径连通性等价于连通性。    路径连通分支与连通分支: 探索空间如何分解为最大的连通(或路径连通)子集,这些分支的性质揭示了空间的结构裂缝。    紧致性 (Compactness): 紧致性是拓扑学中最强大、应用最广泛的概念之一,它本质上是“有限性”在无限空间中的推广。一个集合是紧致的,当且仅当它的任意开覆盖都存在有限子覆盖。  第五章:紧致性的力量与应用  紧致性是连接代数和分析的关键桥梁。     海涅-博雷尔定理 (Heine-Borel Theorem): 在 $mathbb{R}^n$ 中,有界闭集即为紧致集。我们将深入理解这一定理的精确含义。    紧致集的性质: 我们将证明紧致子集在豪斯多夫空间中必为闭集。更重要的是,连续函数将紧致集映射到紧致集。    紧致性与连续性: 这一性质保证了在紧致集上定义的连续函数必能达到其最大值和最小值(极值定理),这是泛函分析和微分方程解的存在性证明的基石。    局部紧致性: 讨论空间中每一点都拥有一个紧致邻域的性质,以及这种性质对紧致集理论的推广。  第三部分:同伦与基本群  在点集拓扑的基础上,本书将引向代数拓扑的初步概念,即同伦论。  第六章:同伦与基本群  虽然拓扑学处理的是连续形变,但某些拓扑结构(如甜甜圈和球体)在连续形变下是不可互换的。     环路与同伦: 我们引入环路(起点和终点相同的路径)的概念,并定义两条环路之间的同伦,即环路之间的连续形变。    基本群 ($pi_1(X, x_0)$): 基本群是围绕一个基点 $x_0$ 的所有环路的同伦类构成的群。我们将展示如何通过环路的乘法(连接)来定义这个群的运算。    基本群的性质: 我们将计算一些常见空间的基群,例如:        欧几里得空间 $mathbb{R}^n$ 的基本群是平凡群 ${e}$。        圆周 $S^1$ 的基本群是整数加法群 $mathbb{Z}$。        二维球面 $S^2$ 的基本群是平凡群 ${e}$。        圆环(甜甜圈表面)的 $pi_1$ 将是一个自由群。  第七章:基本群的应用与布劳威尔不动点定理  通过基本群的代数结构,我们可以证明一些强大的拓扑不变性结果。     不动点定理的拓扑证明: 虽然布劳威尔不动点定理(Brouwer Fixed-Point Theorem)通常在分析中被证明,但其更深刻的洞察来自于拓扑学。我们将探讨为什么在 $S^1$ 上不存在一个不保持任何点的连续映射到自身(即证明 $pi_1(S^1)$ 非平凡的推论)。  总结  本书的结构设计旨在循序渐进,从直观的度量空间出发,抽象至点集拓扑的核心公理,再通过连通性、紧致性等关键概念深入理解空间的结构,最终导向代数拓扑的第一个强大工具——基本群。通过对这些基础概念的透彻理解,读者将为后续学习微分几何、代数拓扑或高维分析打下坚实的理论基础。本书强调严谨的证明和清晰的几何解释相结合,使抽象的拓扑概念变得触手可及。