第十三章拓扑泛函分析抽象代数
泛函分析复习与总结
泛函分析复习与总结泛函分析是数学中的一个重要分支，是研究无限维空间上的函数和线性算子的学科。
它的研究对象不再是有限维线性空间上的向量，而是函数或者函数空间，包括无限维的函数空间。
泛函分析在数学中有着广泛的应用，例如在微分方程的理论研究中，泛函分析有助于研究解的连续性、唯一性和存在性等问题；在概率理论中，泛函分析有助于研究随机过程的性质等。
下面将对泛函分析的重要内容进行复习和总结。
1.线性空间与拓扑空间线性空间是指具有线性结构的集合，泛函分析研究的对象就是线性空间上的函数或者函数空间。
拓扑空间是指在集合中引入一个拓扑结构，使得可以定义连续性和收敛性等概念。
泛函分析的研究对象通常是拓扑线性空间，即同时具有线性结构和拓扑结构的空间。
2.赋范空间与完备空间赋范空间是指在线性空间上定义了一个范数（或称规范），从而使得该空间成为一个度量空间。
范数的引入使得我们可以定义距离，并且可以定义收敛性。
完备空间是指其中的Cauchy列总是收敛于该空间中的点。
泛函分析中，赋范空间和完备空间是重要的概念，在研究函数的连续性和收敛性时起到了关键的作用。
3.内积空间与希尔伯特空间内积空间是指在线性空间上定义了一个内积，从而可以定义长度和夹角。
希尔伯特空间是指满足内积空间中所有Cauchy列都收敛于该空间中的点的空间。
内积空间和希尔伯特空间在泛函分析中具有重要的作用，特别是在研究函数的正交性和投影等问题时。
4.线性算子与连续算子线性算子是指将一个线性空间映射到另一个线性空间的映射。
连续算子是指在拓扑空间上保持连续性的线性算子。
泛函分析中，线性算子和连续算子是重要的研究对象，它们可以用来描述函数之间的关系和映射。
5. Banach空间与可分空间Banach空间是指在完备的范数空间上定义了一个范数，从而构成一个完备空间。
可分空间是指线性空间中存在可数稠密子集的空间。
Banach空间和可分空间是泛函分析中重要的类别，它们在研究最优性，特别是最优解的存在性和表示性时起到了关键的作用。
代数，分析，几何与拓扑，现代数学的三大方法论
代数，分析，⼏何与拓扑，现代数学的三⼤⽅法论很多⼈都听说过“现代数学分成代数、分析、⼏何”三⼤块这种说法。
其实这种说法并不准确。
数学并不是像⽣物学分类那样，按照界门纲⽬科属种那样能够严格地分出不同层次的分界线。
现代数学不同领域的差异当然存在，但是这些领域的边界线则⽝⽛交错，交叉的地⽅并不清晰。
⽽且某个领域使⽤其他领域的⽅法和定理也是很常见的事情。
那么，我们⾸先简单介绍⼀下三⼤⽅法论⼤致是个什么“取向”，给对数学有兴趣的初学者⼀点感觉：代数：以线性代数、抽象代数为基础，研究各种代数结构，⽐如最常见的群环模域线性空间，李代数，以及不那么常见的⾼阶同伦代数（homotopy algebra）等等。
代数的⼀个基本特征是对称性。
⼀般来说，某个数学对象（⽐如说拓扑空间）如果具备某种代数结构（⽐如拓扑空间上⾯有同调群），那我们就可以利⽤这种代数结构的已知结果，来反过来研究、“探测”那个数学对象。
这是代数影响其他数学分⽀的⼀个基本模式。
分析：以⼴义的微积分（⽐如实分析复分析调和分析等等）、微分⽅程理论、泛函分析等为研究⼯具，对函数、⽅程等“可以求导”的东西进⾏精细的分析（⽐如不等式估计等等），的⼀种⽅法论。
分析⼤致可以分为软分析和硬分析。
个⼈的观点是，软分析有点像定性的分析，⽐如泛函分析⾥各种结论，⽐如⼀个函数空间紧嵌⼊到另⼀个函数⾥，不需要知道到底怎么嵌⼊的，就可以依据紧性推导出⼀些结论。
⽽硬分析则有点像定量的分析：每个常数，跟哪些量有关，具体是怎么个相关法（多项式依赖？指数依赖）？这些常数具体是多少，能不能做到最优，最优常数是多少？⽤⼀列东西去逼近⼀个东西，误差项⼤概有多⼤？误差项是什么阶数（多项式（⼏次多项式？）？多项式乘以对数？）？能不能把bound放⼤或者缩⼩，直⾄最优？ etc.⼏何（与拓扑）：主要关注⼏何对象与拓扑对象。
⼏何与拓扑的区别在于，拓扑⽐⼏何更“软”，更flexible，⼏何是在拓扑空间上加额外的结构（度量结构、复结构、⾟结构，或者这种结构的“组合结构”，⽐如Kahler结构，等等）。
泛函分析知识总结
泛函分析知识总结泛函分析是数学中一个重要的分支领域，它研究的是无穷维空间和函数的性质。
在泛函分析中，我们考虑的对象是函数空间，而不是具体的函数。
泛函分析广泛应用于数学、物理学、工程学等领域。
1.线性空间与拓扑空间：泛函分析的基础是线性空间的理论。
线性空间是指具有加法和数乘运算，同时满足线性结构条件的集合。
泛函分析还引入了拓扑空间的概念，拓扑空间是指在线性空间的基础上引入了距离、收敛等概念，并给出了一些性质。
2.范数与内积：范数和内积是泛函分析中常用的两个概念。
范数是定义在线性空间上的一种非负实值函数，它满足正定性、齐次性和三角不等式。
范数可以用来度量向量的大小。
内积是将两个向量映射到实数的一个运算，它满足对称性、线性性和正定性。
3.完备性和紧性：完备性是指一个空间中的柯西序列收敛于空间内的一个点。
完备性是一个重要的性质，它可以用来判断一个空间是否是可度量空间，即能够定义距离的空间。
紧性是指一个空间内的每个序列都存在收敛的子序列。
紧性常用于分析序列在空间内的收敛性。
4.泛函空间和对偶空间：泛函分析中经常考虑的是函数空间，函数空间是指由一类满足特定条件的函数构成的空间。
常用的函数空间有连续函数空间、可积函数空间等。
函数空间还可以定义内积、范数等结构。
对偶空间是一个线性空间的对偶空间，它由该线性空间上的线性函数构成。
5.泛函的连续性和收敛性：泛函分析研究的是空间到实数域的映射，所以泛函的连续性和收敛性是一个重要的问题。
在泛函分析中，我们定义了一个泛函的连续性，当且仅当对于任意给定的序列，如果其收敛于一个点，那么其映射的泛函值也会收敛于该泛函值。
类似地，我们还可以定义泛函的收敛性。
6.算子：算子是泛函分析中一个重要的概念，它是一种将一个空间映射到另一个空间的映射。
线性算子是指满足线性性质的映射，而有界算子是指满足一定范围内的性质的映射。
算子可以是线性差分方程、微分算符等。
7.泛函分析在物理学和工程学中的应用：泛函分析在物理学和工程学中有广泛的应用。
拓扑泛函分析抽象代数
• 诺特生前共发表三十七篇论文，但任何数 字也无法表达她留给后代的科学思想。
• 更何况他为占人类半数的女性树立了妇女 同样能攀上抽象学科高峰的又一个光辉榜 样。
§3、抽象代数学（近世代数学 ）
• 以讨论群、环、域、格、向量空间等的性 质和结构为内容的数学分支称为抽象代数 学（近世代数学）。
• 19世纪拉格朗日和阿贝尔在研究五次及五 次以上代数方程的根式解的过程中，给群 论打下了良好的基础；
• “伽罗华理论”为群论的创立做出了杰出的贡 献，在群论史上永垂不朽。
• “点不变，线不断，数学中的表现方式与研究方法的多 样性，拓扑学又分成研究对象和方法各异的若干 分支。
• 在拓扑学的孕育阶段，19世纪末，就出现点集拓 扑学和组合拓扑学两个方向。现在前者已演化成 一般拓扑学，后者则成为代数拓扑学。后来又相 继出现了微分拓扑学、几何拓扑学等分支。
勇于开始，才能找到成 功的路
对诺特的评价
• 诺特是一位卓越的的学者，除环论外，在积分方 程的解析理论、黎曼面理论、、相对论、联络空 间微分几何学、群表示论及其在量子力学上的应 用等方面都有贡献。
• 她热爱数学教育，热爱学生，培养了一大批数学 人才，其中包括我国的曾炯之（以完成近世代数 上的“曾炯之定理”闻名于世）
• 拓扑学主要是由于分析学和几何学的需要而发展 起来的，它自20世纪30年代以来的大发展，尤其 是它的成果与方法对于数学的各个领域的不断渗 透，是20世纪理论数学发展中的一个明显特征。
拓扑学的研究（3）
实变函数论、拓扑学与泛函分析
实变函数论、拓扑学与泛函分析微积分产生于十七世纪，到了十八世纪末十九世纪初，微积分学已经基本上成熟了。
数学家广泛地研究并建立起它的许多分支，是它很快就形成了数学中的一大部门，也就是数学分析。
也正是在那个时候，数学家逐渐发现分析基础本身还存在着学多问题。
比如，什么是函数这个看上去简单而且十分重要的问题，数学界并没有形成一致的见解。
以至长期争论者问题的这样和那样的解答，这样和那样的数学结果，弄不清究竟谁是正确的。
又如，对于什么是连续性和连续函数的性质是什么，数学界也没有足够清晰的理解。
十九世纪初，曾经有人试图证明任何连续函数除个别点外总是可微的。
后来，德国数学家维尔斯特拉斯提出了一个由级数定义的函数，这个函数是连续函数，但是维尔斯特拉斯证明了这个函数在任何点上都没有导数。
这个证明使许多数学家大为吃惊。
由于发现了某些函数的奇特性质，数学家对函数的研究更加深入了。
人们又陆续发现了有些函数是连续的但处处不可微，有的函数的有限导数并不黎曼可积；还发现了连续但是不分段单调的函数等等。
这些都促使数学家考虑，我们要处理的函数，仅仅依靠直观观察和猜测是不行的，必须深入研究各种函数的性质。
比如，连续函数必定可积，但是具有什么性质的不连续函数也可积呢？如果改变积分的定义，可积分条件又是什么样的？连续函数不一定可导，那么可导的充分必要条件由是什么样的？……上面这些函数性质问题的研究，逐渐产生了新的理论，并形成了一门新的学科，这就是实变函数。
以实数作为自变量的函数就做实变函数，以实变函数作为研究对象的数学分支就叫做实变函数论。
它是微积分学的进一步发展，它的基础是点集论。
什么是点集论呢？点集论是专门研究点所成的集合的性质的理论。
也可以说实变函数论是在点集论的基础上研究分析数学中的一些最基本的概念和性质的。
比如，点集函数、序列、极限、连续性、可微性、积分等。
实变函数论还要研究实变函数的分类问题、结构问题。
实变函数论的内容包括实值函数的连续性质、微分理论、积分理论和测度论等。
泛函分析
泛函分析泛函分析作为数学领域中的一个重要分支，研究了无限维度的向量空间和函数空间上的问题。
其广泛应用于物理学、工程学和计算机科学等领域，为解决现实生活中的问题提供了有效的数学工具和方法。
泛函分析的起源可以追溯到19世纪，其发展得益于函数论和拓扑学的进展。
在20世纪初，泛函分析的理论框架和方法逐渐形成，并为很多数学家和科学家所接受和应用。
泛函分析的基本概念包括向量空间、线性算子、泛函以及拓扑结构等，这些概念构成了泛函分析的基础。
在泛函分析中，向量空间是一个非常重要的概念。
它是一种由向量组成的集合，具有加法和数乘运算，并满足一定的性质。
向量空间可以是有限维的，也可以是无限维的。
无限维空间是泛函分析的研究对象之一，其特点是空间中的向量可以是无限维的。
线性算子是泛函分析中另一个重要的概念。
它是将一个向量空间映射到另一个向量空间的函数，保持线性性质。
线性算子可以描述很多实际问题，例如变换、积分和微分等。
泛函是对向量空间中的向量进行映射的函数。
它可以将向量映射到实数域或复数域，并满足一定的性质。
泛函的概念是泛函分析的核心之一，使得我们可以研究函数的性质和行为。
拓扑结构是泛函分析中的一个重要概念，它描述了向量空间中元素之间的接近程度。
通过引入拓扑结构，可以定义连续性和收敛性等概念，为研究函数空间中的极限和连续性提供了数学基础。
泛函分析的应用广泛而且多样化。
在物理学中，泛函分析被用于描述量子力学和经典力学中的问题，例如量子力学算子、哈密顿力学和波动方程等。
在工程学中，泛函分析可以应用于控制论、信号处理和图像处理等领域。
在计算机科学中，泛函分析被用于定义距离度量和相似性度量，提供了计算机视觉和模式识别等方面的基本工具。
泛函分析的发展离不开众多优秀的数学家和科学家的努力。
知名的数学家如Hilbert、Banach和Frechet等对泛函分析的发展做出了重要贡献。
他们提出了许多重要的定理和概念，奠定了泛函分析的基础。
Ch.3 实变函数、泛函分析和拓扑学基础以及分形空间
Y = {y1 , y2 , L , yn } ⊂ S ，使得每当 x ∈ X 总有某个
U B( y, ε ) 。
y∈Y
Definition 3.14（全有界） 集合 S 称为是全有界 的，如果 ∀ε > 0 ，都存在 S 一个有穷 ε −网。 Theorem 3.3 设 ( X , d )是完备度量空间，S ⊂ X ， 则 S是紧的当且仅当它是闭的和全有界的。 Definition 3.15 设 S ⊂ X是度量空间 ( X , d ) 的子 集，如果对每个 x ∈ S 都存在 ε > 0 使得
分形几何关注于描述、分类、解析和观察度量空 间 ( X , d ) 的子集。度量空间通常具有“简单”的几何 特征，但其子集在几何上却是错综复杂的。 Def. 3.6 度量空间 ( X , d ) 中的一个点系列 {xn }∞=1 n 称为是Cauchy （柯西）系列（又称基本列），如果 对任意给定的 ε > 0，存在一个正整数 N > 0 使得
显然，定义3.15中的开集 S 的每一个点都是 S 的内 点。 Definition 3.18 集合 S 中的元素如果能与全体自然 数一一对应，则 S是可数集。
3.2 分形Biblioteka 间Definition 3.19 设 ( X , d ) 为完备空间，则记 H ( X ) 为由 X的全体非空紧子集组成的空间，显然，H ( X ) 的 元素是 X 的非空紧子集，即 X 的非空紧子集是H ( X )的 一个单点。 分形几何的研究对象是分形集合，所以必须引入点 与集合，集合与集合的度量关系。
Chapter 3
实变函数、 实变函数、泛函分析和拓扑学 基础以及分形空间
实变函数、 3.1 实变函数、泛函分析和拓扑学基础
泛函分析报告知识的总结
泛函分析报告知识的总结泛函分析是数学中的一个重要分支领域，它研究的是无穷维空间上的函数及其性质。
泛函分析的应用广泛，包括函数空间、傅里叶分析、偏微分方程等等。
下面是我对泛函分析的一些知识进行总结。
首先，泛函分析的基础是线性代数和实分析。
线性代数研究的是向量空间及其线性关系，实分析则研究的是实数空间上的函数性质，例如收敛性、极限、连续性等等。
这两个基础学科为泛函分析的理论及应用打下了坚实的基础。
其次，泛函分析的核心是函数空间的研究。
函数空间是指一组函数的集合，其中的函数可以是有界函数、可积函数、连续函数等等。
泛函分析研究的是函数空间上的线性算子及其性质，例如范数、内积、完备性等等。
常见的函数空间有Lp空间、C(X)空间、Sobolev空间等等。
然后，泛函分析的重要工具是算子理论。
算子理论研究的是线性算子的性质和作用。
在泛函分析中，线性算子可以将一个函数映射到另一个函数，例如导数、积分等。
算子理论主要研究线性算子的性质，例如有界算子、紧算子、自伴算子等等。
算子理论在解析、几何等问题中有着广泛的应用。
此外，泛函分析也研究了拓扑结构及度量空间的性质。
拓扑结构是用来描述集合上点的邻域关系的概念，是泛函分析中重要的概念。
度量空间是带有度量函数的拓扑空间，度量函数可以度量空间中两个点之间的距离。
拓扑结构和度量空间的研究为泛函分析提供了一种统一的框架。
最后，泛函分析的应用广泛，特别是在数学的其他分支领域中。
在偏微分方程中，泛函分析可以用来研究问题的存在性、唯一性和稳定性；在概率论中，泛函分析可以用来研究随机过程的性质和收敛性；在图像处理中，泛函分析可以用来研究图像的压缩和恢复等等。
总之，泛函分析在数学及其应用领域中具有重要的地位和作用。
总结起来，泛函分析研究的是无穷维空间上的函数及其性质，它的基础是线性代数和实分析。
泛函分析的核心是函数空间的研究，它的重要工具是算子理论及拓扑结构和度量空间的性质。
泛函分析的应用非常广泛，涉及到数学的各个分支领域。
泛函分析ppt课件
∈X都有ρ(Tx, Ty)<aρ(x, y)，则称T是压缩映照
定理：完备距离空间 X 上的压缩映照T，必 存 唯一的不动点x*,使得Tx*=x*. （Banach压 缩映 照定理）
距离空间：不动点原理
应用：微分方程，代数方程，积分方程解的唯一存在 性
n
S f (i )xi
i 1
若其极限存在则称Riemann可积
b
n
(R) a f (x)dx lxim0 i1 f (i )xi
从Riemann积分到Lebesgue积分
Riemann积分的思想是，将曲边梯形分成若干个小 曲 边梯形，并用每一个小曲边梯形的面积用小矩形 来代 替，小矩形的面积之和就是积分值的近似。剖 分越精 细，近似程度越好。
距离空间：定义
设 X 是非空集合，对于X中的任意两元素x与y，按某一法则都
对 应唯一的实数ρ(x, y)，并满足以下三条公理（距离公理）
：
1. 非负性： ρ(x, y) ≥0， ρ(x, y) =0当且仅当x=y； 2. 对称性： ρ(x, y) =ρ(y, x)；
3. 三角不等式；对任意的x, y, z
例子：Fredholm第二类积分方程
b
x(s) f (s) a K (s,t)x(t)dt
对充分小的| λ |，可证
当f ∈ C[a, b]， K(s, t)∈ C[a, b; a, b]时有唯一连续解 当f ∈ L2[a, b]， K(s, t)∈ L2 [a, b; a, b]时有唯一平方可积解
(x, y) (a b )2 1/ 2 i i i
则 Rn是距离空 间
距离空间： Lp[a,b]
拓扑泛函分析抽象代数课件
拓扑学的研究(2)
• 由于连续性在数学中的表现方式与研究方法的多 样性，拓扑学又分成研究对象和方法各异的若干 分支。
• 在拓扑学的孕育阶段， 19世纪末，就出现点集拓 扑学和组合拓扑学两个方向。现在前者已演化成 一般拓扑学，后者则成为代数拓扑学。后来又相 继出现了微分拓扑学、几何拓扑学等分支。
泛函分析的发展(2)
. 作为泛函分析核心的抽象算子理论的一个 良好的开端，由黎兹1910年发表在《数学 年刊》的文章所做出。
. 巴拿赫在黎兹的基础上，提出了完整的赋 范空间(巴拿赫空间)概念，并为函数空 间上的线性算子理论提出了一系列重要定 理，对近代泛函分析的发展起了重要的作用。
泛函分析的发展(3) 巴拿赫
岛和半岛，用线代表桥。如图。
“一笔画”问题
• “七桥问题”可归结为“一笔画”问题。 “一笔画” 的条件要么没有奇点，要么最多只有两个 奇点，但是这个图形的四个点均为奇点， 所以无解。
• 这个问题和1751年欧拉证明的另一条定理： “任何一个凸多面体的顶点V、棱数E和面数 F之间有关系V-E+F=2”成为拓扑学的最早起 点。拓扑学的“拓扑” (Topology)一词最早 在1847年由利斯亭(J.B.Listing)所采用。
• 如果环的乘法满足交换律，称为交换环。如果交 换环关于乘法有单位元素，使它与集里任何元素 的积就是该元素，并且除零元素外的任何元素都 有逆元素，使任何元素与其逆元素的乘积是单位 元素，这样的环称为“域” (或“体”)。域论是系统 研究域的性质和应用的学科。
域论(2)
• “域”这个词是由戴德金给出的。域的抽象理论 研究比环更早些，它是由韦伯开始的， 1893年， 他曾对伽罗华理论以抽象的阐述，其中引进了域 作为群的一种。
代数拓扑——精选推荐
代数拓扑代数拓扑(Algebraic topology)是使⽤抽象代数的⼯具来研究拓扑空间的数学分⽀。
代数不变量⽅法 这⾥的⽬标是取拓扑空间然后把它们进⼀步分成范畴或分类。
该课题的旧称之⼀是组合拓扑，蕴含着将重点放在如何从更简单的空间构造空间X的意思。
现在应⽤于代数拓扑的基本⽅法是通过代数不变量，把空间映射到不变量上，例如，通过⼀种保持空间的同胚关系的⽅式映射到群上。
实现这个的两个主要⽅法是通过基本群，或者更⼀般的同伦理论，和同调及上同调群。
基本群给了我们关于拓扑空间结构的基本信息，但它们经常是⾮交换的，可能很难使⽤。
（有限）单纯复形的基本群的确有有限表⽰。
另⼀⽅⾯来讲，同调和上同调群是可交换群，并且在许多重要情形下是有限⽣成的。
有限⽣成交换群有完整的分类，并且特别易于使⽤。
同调的结果 通过使⽤有限⽣成可交换群可以⽴刻得出⼏个有⽤的结论。
单纯复形的n-阶同调群的⾃由阶等于n-阶贝蒂数(Betti number),所以可以直接使⽤单纯复形的同调群来计算它的欧拉特征数。
作为另外⼀个例⼦，闭流形的最⾼维的积分上同调群可以探测可定向性：该群同构于整数或者0，分别在流形可定向和不可定向时。
这样，很多拓扑信息可以在给定拓扑空间的同调中找到。
在只定义在单纯复形的单纯同调之上，还可以使⽤光滑流形的微分结构来通过德拉姆上同调或?ech上同调或层上同调来研究定义在流形上的微分⽅程的可解性。
德拉姆证明所有这些⽅法是相互关联的，并且对于闭可定向流形，通过单纯同调得出的贝蒂数和从德拉姆上同调导出的是⼀样的。
在范畴论中 ⼀般来讲，所有代数⼏何的构造都是函⼦式的：概念范畴, 函⼦和⾃然变换起源于此。
基本群，同调和上同调群不仅是两个拓扑空间同胚时的不变量；⽽且空间的连续映射可以导出所相关的群的⼀个群同态，⽽这些同态可以⽤于证明映射的不存在性（或者，更深⼊的，存在性）。
代数拓扑的问题 代数拓扑的经典应⽤包括： ▲Brouwer不动点定理：每个从n维圆盘到⾃⾝的连续映射存在⼀个不动点。
泛函分析中的拓扑与线性算子
泛函分析中的拓扑与线性算子泛函分析是数学中的重要分支，研究的是无穷维空间上的函数与算子的性质和行为。
在泛函分析中，拓扑和线性算子是两个核心概念，它们在描述函数空间的结构和操作中起着关键的作用。
一、拓扑空间与拓扑结构拓扑空间是泛函分析中最基本的概念之一。
它是一个集合，再加上一个满足一定条件的拓扑结构。
拓扑结构是通过开集来描述的，它包括了空集和全集，而且对任意个开集的并集和有限个开集的交集仍然是开集。
拓扑结构可以用来定义距离、连通性、紧致性等概念。
常见的拓扑结构包括欧几里得拓扑、离散拓扑、有限补拓扑等。
在泛函分析中，我们通常研究的是拓扑向量空间，即一个向量空间上加上了一个拓扑结构。
拓扑向量空间有很多重要的性质，比如赋范向量空间和希尔伯特空间。
赋范向量空间是一种拓扑向量空间，它在向量空间的基础上还定义了一个范数函数，满足一定的条件。
希尔伯特空间是一种完备的赋范向量空间，它是无穷维内积空间的推广。
二、线性算子与连续性线性算子是泛函分析中另一个重要的概念。
它是一个从一个向量空间到另一个向量空间的映射，并且保持线性性质。
线性算子在泛函分析中扮演着非常重要的角色，它可以描述向量空间之间的映射关系，比如微分算子、积分算子等。
线性算子的性质和行为很大程度上依赖于定义域和值域的拓扑结构。
在泛函分析中，我们关注的是连续线性算子。
连续线性算子是指在拓扑空间上连续的线性映射，即在定义域和值域的拓扑中保持线性算子的连续性。
连续线性算子在泛函分析中有很多重要的性质，比如有界性、紧致性、逆算子等。
连续线性算子的理论是泛函分析的核心内容之一，它在函数空间、概率论、偏微分方程等领域中有广泛的应用。
三、拓扑与线性算子的关系拓扑和线性算子是密切相关的，在泛函分析中它们相互影响，共同构成了一个完整的理论体系。
首先，线性算子的定义域和值域的拓扑结构对其性质和行为起着重要的影响。
不同的拓扑结构可能导致线性算子的不同的性质，比如有界性、紧致性等。
代数拓扑pdf
代数拓扑pdf代数拓扑是数学中的一个重要分支，它研究的是代数结构和拓扑结构之间的关系。
代数拓扑的研究对象包括拓扑空间、群、环、域等代数结构，以及它们之间的映射和变换。
代数拓扑的研究方法主要是利用代数工具来研究拓扑性质，以及利用拓扑工具来研究代数结构的性质。
代数拓扑的研究内容非常广泛，涉及到很多重要的数学概念和定理。
其中一个重要的概念是拓扑空间，它是代数拓扑研究的基础。
拓扑空间是指一个集合，以及在这个集合上定义的一些特定的开集。
通过研究拓扑空间的性质，可以揭示出集合中元素之间的关系，以及它们的连续性和紧致性等特征。
另一个重要的概念是群，它是代数拓扑中的一个基本结构。
群是指一个集合，以及在这个集合上定义的一种二元运算，满足封闭性、结合律、单位元和逆元等性质。
通过研究群的性质，可以揭示出集合中元素之间的对称性和变换性质等特征。
代数拓扑中的群论研究了群的结构和性质，以及群之间的映射和变换。
代数拓扑的研究方法主要是利用代数工具来研究拓扑性质，以及利用拓扑工具来研究代数结构的性质。
代数工具包括群论、环论、域论等代数学的基本概念和定理，而拓扑工具包括连续性、紧致性、收敛性等拓扑学的基本概念和定理。
通过将代数和拓扑相结合，可以更深入地研究数学中的各种结构和性质。
代数拓扑的研究成果在数学和其他学科中都有广泛的应用。
在数学中，代数拓扑为其他分支提供了重要的工具和方法，例如代数几何、微分几何、泛函分析等。
在物理学中，代数拓扑的方法被应用于研究空间的性质和变换。
在计算机科学中，代数拓扑的方法被应用于图像处理、数据分析等领域。
总之，代数拓扑是数学中的一个重要分支，它研究的是代数结构和拓扑结构之间的关系。
代数拓扑的研究内容非常广泛，涉及到很多重要的数学概念和定理。
代数拓扑的研究方法主要是利用代数工具来研究拓扑性质，以及利用拓扑工具来研究代数结构的性质。
代数拓扑的研究成果在数学和其他学科中都有广泛的应用。
关于泛函分析的初步介绍
关于泛函分析的初步介绍泛函分析是数学中的一个分支领域，研究的是函数空间上的向量和函数的性质。
它将线性代数和微积分的概念扩展到了无限维度的函数空间上，广泛应用于物理、工程、经济学以及其他领域的问题求解中。
泛函是一个将函数映射到实数或复数的映射。
简单来说，泛函是一个定义在一个函数空间上的函数。
泛函分析主要研究泛函的性质和在函数空间上的运算。
泛函分析中最基本的概念是向量空间。
向量空间是由一组向量组成的集合，满足一定的运算规则，例如，对于两个向量的加法和数乘运算都满足交换律和结合律。
与传统的线性代数不同，泛函分析中的向量可以是具有无限维度的函数。
泛函分析的另一个重要概念是内积空间。
内积空间是一个向量空间，其中定义了一个内积（标量积）的运算。
内积运算将两个向量映射成一个实数或复数，并满足线性性质、对称性和非负性。
通过内积运算，可以定义向量的长度（范数）和向量之间的夹角。
基于内积空间的概念，我们可以引入一个重要的概念，赋范空间。
赋范空间是一个向量空间，其中定义了一个范数的运算。
范数是一个将向量映射到非负实数的函数，满足非负性、齐次性和三角不等式。
范数可以用来度量向量的大小。
在赋范空间中，我们可以定义向量的收敛性，即当向量的范数趋于零时，向量序列收敛。
对于赋范空间而言，我们可以定义一个度量，即距离函数。
距离函数将两个向量映射到一个非负实数，并满足非负性、对称性和三角不等式。
通过距离函数，我们可以定义向量空间中的连续性和收敛性。
泛函分析的核心概念之一是线性算子。
线性算子是一个将一个向量空间映射到另一个向量空间的映射。
线性算子将向量的线性组合映射到另一个向量的线性组合，并保持运算规则不变。
在线性代数中，线性算子可以用矩阵表示，而在泛函分析中，线性算子可以用无穷维的矩阵（即无穷维的函数）表示。
另一个重要的概念是连续性和收敛性。
在泛函分析中，我们可以定义向量空间中的拓扑结构，并用拓扑结构来定义连续性和收敛性。
连续性衡量的是向量映射的光滑程度，而收敛性则衡量的是向量序列的趋于极限的性质。
拓扑泛函分析抽象代数32页PPT
寄
傲
，
审
容
膝
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易
安
。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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拓扑泛函分析抽象代数
6
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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若
浮
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
泛函分析知识点范文
泛函分析知识点范文泛函分析是数学中的一门学科，研究向量空间上的函数和函数空间的性质，涉及到实数或复数域上的向量空间。
泛函分析包括线性代数、实变函数分析和拓扑学等多个学科的内容，因此具有广泛的应用领域，如物理、工程、经济等。
泛函分析的核心内容包括线性空间、拓扑空间和连续映射等概念、线性算子和泛函的基本性质以及泛函分析中的基本定理等。
1.线性空间：泛函分析的基础是线性空间，也就是向量空间。
线性空间满足线性组合和分配律等性质，例如实数域或复数域上的向量空间。
线性空间中的向量可以是函数、矩阵等不同的对象。
2.拓扑空间：泛函分析中的向量空间往往是赋予了拓扑结构的空间，即拓扑向量空间。
拓扑空间是一种具有连续性质的空间，它引入了开集、闭集和收敛性等概念。
拓扑空间的拓扑结构可以通过开集、闭集、邻域、基等方式来定义。
3.连续映射：泛函分析中的重要概念是映射的连续性。
连续映射是保持拓扑结构的映射，即对于拓扑空间中的开集，其原像仍然是开集。
连续映射可以用来描述泛函和线性算子的性质。
4.线性算子和泛函：线性算子是线性空间之间的映射，它可以是有界算子或无界算子。
线性算子的基本性质包括线性性、有界性、闭图像性等。
泛函是线性空间到数域的映射，它可以看作是线性算子的特殊情况。
泛函的基本性质包括线性性、有界性、连续性等。
5. Hahn-Banach定理：Hahn-Banach定理是泛函分析中的基本定理，它是关于泛函延拓的定理。
该定理说明了任意线性子空间上的有界泛函可以延拓到整个空间上，并且保持原有泛函的范数不变。
6.可分性：可分性是拓扑空间的一个重要性质，它指的是拓扑空间中存在可数稠密子集。
可分性保证了拓扑空间中存在足够多的元素，使得在拓扑空间上可以进行良定义的运算。
7.反射空间：反射空间是泛函分析中的一类特殊线性空间，它是线性空间和拓扑空间的交叉概念。
反射空间具有良好的性质，例如有界闭集外包性、扩张定理等。
8.紧算子和迹类算子：紧算子是对有界算子的一种推广，它在泛函分析中具有重要的地位。
数学中的抽象代数与代数拓扑
数学中的抽象代数与代数拓扑抽象代数与代数拓扑在数学领域扮演着重要的角色。
它们是数学中的两个分支，旨在研究代数结构和空间之间的关系。
本文将重点介绍抽象代数和代数拓扑的基本概念、应用领域以及它们在数学研究中的重要性。
一、抽象代数抽象代数是一门涉及代数结构的数学学科。
它主要研究代数系统的一般性质，而不关注具体的运算规则。
常见的抽象代数结构包括群、环、域等。
1. 群群是抽象代数中最基本的代数结构。
它由一个集合和一个二元运算组成，满足封闭性、结合律、单位元存在性和逆元存在性等性质。
群的研究有助于理解对称性、对称变换以及对称性在不同学科中的应用。
2. 环环是具有两个二元运算的代数系统，一般表示为(R, +, *)。
环中的运算满足封闭性、结合律和分配律等性质。
环的研究在代数几何、数论和密码学等领域有着广泛的应用。
3. 域域是一个满足特定条件的代数结构，它具有加法和乘法两种运算。
域同时满足了群和环的性质，并且乘法具有可逆性。
域的研究在数论、线性代数和代数几何等领域具有重要的地位。
二、代数拓扑代数拓扑是拓扑学与抽象代数的交叉学科。
它研究了如何将代数结构与拓扑结构相结合，通过拓扑方法来研究代数问题。
1. 拓扑空间拓扑空间是代数拓扑的基础。
它由一个集合和定义在该集合上的一些特定子集组成。
拓扑空间通过定义开集、闭集、极限等概念，研究空间之间的连续性和紧致性等性质。
2. 群拓扑群拓扑是将群的代数结构与拓扑结构相结合的研究领域。
通过引入拓扑结构，研究群运算的连续性、稳定性和变换等性质。
群拓扑在物理学、量子力学和几何学等领域中有广泛的应用。
3. 代数拓扑的应用代数拓扑在数学研究中有着广泛的应用。
它在代数几何、微分几何和拓扑动力系统等领域中发挥着重要的作用。
通过将代数结构与拓扑结构相结合，研究领域之间的关系，提供了一种更加深入的数学分析方法。
总结：抽象代数和代数拓扑作为数学中的两个重要分支，它们研究了代数结构和空间结构的性质和关系。
代数拓扑知识点总结
代数拓扑知识点总结1. 拓扑空间拓扑空间是代数拓扑研究的基本对象，它是由一组满足一定性质的子集构成的。
具体来说，给定一个集合X，如果在X上定义了一个满足一定性质的集合系统T（称为拓扑），那么(X, T)就构成一个拓扑空间。
拓扑空间的基本性质包括开集、闭集、邻域、连通性等概念，这些都是代数拓扑研究的重要内容。
2. 连通性在拓扑空间中，我们常常研究与连通性相关的问题。
一个拓扑空间X被称为连通的，如果它不能表示为两个不相交的非空开集的并。
如果一个集合A既不是开集也不是闭集，那么我们称A是不连通的。
连通性在代数拓扑中有很多重要应用，例如连通性与函数中值定理、极值问题等密切相关。
3. 同胚映射同胚映射是代数拓扑研究中一个重要的概念。
给定两个拓扑空间(X, T)和(Y, S)，如果存在一个双射f：X→Y，并且f和f^{-1}都是连续的，那么我们称f是一个同胚映射，而X和Y则被称为同胚的。
同胚映射可以帮助我们理解和描述拓扑空间之间的关系，因此在代数拓扑中有着重要的地位。
4. 紧性紧性是一个拓扑空间的重要性质，它描述了一个拓扑空间的“紧凑程度”。
一个拓扑空间X被称为紧的，如果它的任何开覆盖都有有限子覆盖。
紧性在代数拓扑中有很多重要应用，例如在分析学、微分几何、泛函分析等领域都有着重要应用。
5. 同调理论同调理论是代数拓扑中的一个重要分支，它研究了拓扑空间之间的同调性质。
同调理论不仅能够帮助我们分析拓扑空间的结构，还可以用于解决一些代数几何、微分几何等问题。
同调理论是代数拓扑中一个非常深奥且重要的研究领域，对于理解和描述拓扑空间之间的关系有着重要的意义。
6. 群表示论群表示论是代数拓扑中的一个重要分支，它研究了群作用在向量空间上的表示。
群表示论在代数学、几何学、物理学、密码学等领域都有着广泛的应用，因此在代数拓扑中有着重要的地位。
7. 流形流形是拓扑空间的一个重要子类，它是一种光滑拓扑空间。
流形理论是代数拓扑研究中的一个重要分支，它研究了流形的结构和性质，对于理解和描述拓扑空间之间的关系有着重要的意义。
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拓扑学的研究（1）
• 系统的拓扑学研究开始于庞加莱。他研究微分方 程的积分曲线的形状和奇异点的性质，基本上属 于拓扑学的范围。 • 1895年，他出版了《位置分析》一书，第一次系 统地论述了拓扑学的内容。这也是拓扑学过去很 长时间叫“位置分析”的原因。 • 拓扑学又称 “橡皮几何学”，是因为拓扑学研究 几何图形的这样一种性质：在图形被弯曲、拉大、 缩小或连续变形下保持不变的性质。 • “点不变，线不断，面不烂”！
抽象分析法
• 大学生的请教 • 欧拉采用了抽象分析法，他用点代表两岸、 岛和半岛，用线代表桥。如图。
“一笔画”问题
• “七桥问题”可归结为“一笔画”问题。 “一笔画”的条件要么没有奇点，要么最 多只有两个奇点，但是这个图形的四个点 均为奇点，所以无解。 • 这个问题和1751年欧拉证明的另一条定理： “任何一个凸多面体的顶点V、棱数E和面 数F之间有关系V-E+F=2”成为拓扑学的最早 起点。拓扑学的“拓扑”（Topology）一 词最早在1847年由利斯亭（J.B.Listing）所 采用。
泛函分析的发展（6）
• 算子理论更光辉的成就属于冯.诺依曼， 1929---1930年，他提出希尔伯特空间及希 尔伯特空间的算子的公理方法，并且很幸 运地发现，量子力学合用的数学工具，恰 恰是这种算子的谱理论。至此，泛函分析 基本上得到确立。
§3、抽象代数学（近世代数学）
• 以讨论群、环、域、格、向量空间等的性 质和结构为内容的数学分支称为抽象代数 学（近世代数学）。 • 19世纪拉格朗日和阿贝尔在研究五次及五 次以上代数方程的根式解的过程中，给群 论打下了良好的基础； • “伽罗华理论”为群论的创立做出了杰出 的贡献，在群论史上永垂不朽。
拓扑学的研究（4）
• 组合拓扑学的奠基人是H.庞加莱。组合拓扑开始 于庞加莱1885—1904年间发表的一系列论文。流 形、单形、复形、边缘、链、贝蒂（Betti）数、 挠系数、示性数等概念，都在这些论文中提出。----• 拓扑学在20世纪20---30年代获得重大进展。首先 是出现复形的同调群，它由亚历山大罗夫等人完 成。-----• 1937年，美国的惠特尼证明了微分流形的嵌入定 理，正式创建了微分拓扑学。
第十三章
拓扑、泛函分析、 拓扑、泛函分析、 抽象代数
序
萌芽于19世纪末，奠基于20 世纪初，成长于 两次世界大战之间的拓扑、泛函分析、抽象代数 拓扑、 拓扑 泛函分析、 是现代数学发展的理论基础。一个数学工作者， 是现代数学发展的理论基础 要想站在数学研究的前沿，必须有拓扑、泛函分 析、抽象代数的雄厚基底。正因为如此，我国所 有的大学数学系均把它们列入教学计划，并称之 为“新三高”（“老三高”指数学分析、高等代 数、高等几何）。
• 诺特生前共发表三十七篇论文，但任何数 诺特生前共发表三十七篇论文， 字也无法表达她留给后代的科学思想。 字也无法表达她留给后代的科学思想。 • 更何况他为占人类半数的女性树立了妇女 同样能攀上抽象学科高峰的又一个光辉榜 样。 • 美神虽然没有光顾她的摇篮， 美神虽然没有光顾她的摇篮， • 她的美德和业绩早已使美神黯然失色！ 她的美德和业绩早已使美神黯然失色！
• 1910年巴拿赫中学毕业后曾自修数学，并到雅各 龙大学听过一个短时期的课。后来就读于利沃夫 学院。第一次世界大战时中断了学业，但仍不断 钻研数学。他靠自学和同数学家交谈获得许多数 学知识。1917年巴拿赫和斯泰因豪斯联名写了一 篇关于傅立叶级数收敛性的论文，两年后发表， 这也是巴拿赫的第一篇论文。1920年被破格聘为 助教，同年，提交博士论文《关于抽象集合上的 运算及其在积分方程上的应用》，由此取得了博 士学位。人们有时把该论文作为泛函分析学科形 成的标志之一，为泛函分析奠定了基础。
泛函分析的发展（5）巴拿赫（续二） 巴拿赫（续二） 巴拿赫
• 1932年，巴拿赫又发表名著《线性算子理论》， 至此，泛函分析已臻于成熟。二次世界大战时， 他在一个预防伤寒的研究所里喂养虱子度日。 1945年波兰解放后不久，他身染重病，死于肺癌。 • 1960年在波兰召开的泛函分析国际会议上，举行 1960 了纪念巴拿赫的仪式。1967年出版了巴拿赫全集。 1972年1月13日，华沙成立了巴拿赫国际数学中 心（S.Banach International Mathematical Center）。 • 巴拿赫不仅自己在科学上作出了巨大贡献，而且 培育了一大批青年数学家 ，为形成强大的利沃夫 泛函分析学派奠定了基础。
拓扑学的研究（2）
• 由于连续性在数学中的表现方式与研究方法的多 样性，拓扑学又分成研究对象和方法各异的若干 分支。 • 在拓扑学的孕育阶段，19世纪末，就出现点集拓 点集拓 扑学和组合拓扑学 组合拓扑学两个方向。现在前者已演化成 扑学 组合拓扑学 一般拓扑学，后者则成为代数拓扑学。后来又相 继出现了微分拓扑学、几何拓扑学等分支。 • 拓扑学主要是由于分析学和几何学的需要而发展 起来的，它自20世纪30年代以来的大发展，尤其 是它的成果与方法对于数学的各个领域的不断渗 透，是20世纪理论数学发展中的一个明显特征 世纪理论数学发展中的一个明显特征。 是 世纪理论数学发展中的一个明显特征
环论（2）
• 19世纪戴德金和克罗内克已熟知并利用过环的构 造，但抽象理论却完全是20世纪的产物。 • 克罗内克把环叫做“序”，“环”这个词是希尔 伯特引进的。 • 1907年韦得伯恩在《论超复数》中，研究了线性 结合代数，这种代数实际上是环。 • 环的系统理论是德国女数学家诺特给出的，她 1921年的经典性论文《环中的理想论》标志着环 论现代化的开端。
拓扑学的研究（3）
点集拓扑是在康托点集和弗雷歇（M.Fre点集拓扑 chet,1878---1973,法国）的函数点集(函数 空间)基础上开创的。1908年，德国的熊福 莱斯提出了点集拓扑学的概念。1914年豪 斯道夫在他的《集合论纲要》中建立了抽 象空间的完整理论，第一次抽象地使用了 点集、和邻域的概念，标志着点集拓扑学 的正式形成。
伽罗华（1811—1832.5.31） 伽罗华
• 伽罗华出生在巴黎附近一 个小城的家庭，家境本很 优裕。但自18岁后，各种 不幸接踵而至。先是父亲 因与天主教保守势力冲突 而自杀；高考又遭失败； 后虽考入高等师范学校 ， 却又因参与革命两次被捕； 出狱后不久，因爱情的纠 葛死于决斗，时年尚不到 21 岁。
对诺特的评价
• 诺特是一位卓越的的学者，除环论外，在积分方 诺特是一位卓越的的学者，除环论外， 程的解析理论、黎曼面理论、、相对论、 、、相对论 程的解析理论、黎曼面理论、、相对论、联络空 间微分几何学、 间微分几何学、群表示论及其在量子力学上的应 用等方面都有贡献。 用等方面都有贡献。 • 她热爱数学教育，热爱学生，培养了一大批数学 她热爱数学教育，热爱学生， 人才，其中包括我国的曾炯之（ 人才，其中包括我国的曾炯之（以完成近世代数 上的“曾炯之定理”闻名于世） 上的“曾炯之定理”闻名于世） • 她敦厚温良 又思路敏捷 深得各国学生们的爱戴 她敦厚温良,又思路敏捷 深得各国学生们的爱戴, 又思路敏捷,深得各国学生们的爱戴 著名的科学家爱因斯坦、 韦尔 韦尔、 著名的科学家爱因斯坦、H.韦尔、亚历山大罗夫 对诺特都有很高评价。 对诺特都有很高评价。诺特在数学上的光辉成就 及优秀品质应该成为我们， 及优秀品质应该成为我们，更应该成为每一位女 性向科学进军的力量源泉。 性向科学进军的力量源泉。
• 巴拿赫 （S.Banach,Stefan,1892 .3.30---1945.8.31）生于 波兰的克拉科夫，卒于苏 联乌克兰加盟共和国的利 沃夫。是当时波兰利沃夫 学派的领导人。巴拿赫的 童年过着清苦的生活。14 岁那年他就不得不到私人 家里讲课以养活自己。
泛函分析的发展（4） 巴拿赫（续 巴拿赫（ 一）
泛函分析的发展（1）
• 在建立函数空间和泛函的抽象理论中，第 一个卓越成果，属于法国的著名数学家弗 雷歇，他在1906年的博士论文中，用抽象 形式表达了函数空间；空间中每一点是函 数，函数的极限可以看作空间中点列的极 限，这是他的一个深刻的思想。1907年， 施密特把希尔伯特研究积分方程时使函数 等同于傅氏系数集的思想，抽象为一般的 L2 ，并导出正交系，希尔伯特空间的名称 也由此产生。
伽罗华的遗嘱
• 在决斗前夜，伽罗华通宵达旦整理 在决斗前夜， 自己的手稿，并在遗书中嘱咐朋友： 自己的手稿，并在遗书中嘱咐朋友： “请求雅可比 或高斯不是就这些 定理的正确性而是关于它们的重要 性公开发表他们的意见” 性公开发表他们的意见”。
对伽罗华的评价
• “凡是谴责伽罗华的政治活动，或者干脆不考虑他 的政治活动的人，都不能认清他在科学上所作的 伽罗华不仅是一个伟大的数学家， 贡献的价值。”伽罗华 伽罗华 而且是一个积极的革命者。追求科学理想和追求 社会理想在他身上得到了统一。 • 伽罗华在一次政治的诉讼上宣布： “我们是小孩， 但是，我们精力充沛，勇往直前。” • “妨碍我成为科学家的，恰好是我不光是个科学 家”。他坚信自己“不可能弄错。” • “人们曾经想出一种特殊的解释：说伽罗华过分 年轻，说他过激了，但同时却忘记了他的头脑是 惊人的清醒的”。记取此点，有助全面认识伽罗 华。
§１、拓扑学（位置几何学）
• 拓扑学最早起源与1736年欧拉研究的“哥 尼斯堡七桥问题”。18世纪东普鲁士首都 哥尼斯堡是一个著名的大学城。它位于布 勒尔河的两条支流之间，那里有七座桥联 接着一个岛和一个半岛，如图。
是将实际问题转化为数学问题， 是将实际问题转化为数学问题，并借助 数学理论来解释现实问题的方法
泛函分析的发展（2）
• 作为泛函分析核心的抽象算子理论的一个 良好的开端，由黎兹1910年发表在《数学 年刊》的文章所做出。 • 巴拿赫在黎兹的基础上，提出了完整的赋 范空间（巴拿赫空间）概念，并为函数空 间上的线性算子理论提出了一系列重要定 理，对近代泛函分析的发展起了重要的作 用。
泛函分析的发展（3）巴拿赫 巴拿赫