【內容簡介】本書是為工科各專業(yè)研究生編寫的泛函分析基礎教材，全書共分七章，內容包括：實分析基礎、距離空間、Banach空間、Hilbert空間、有界線性算子、線性算子的譜理論、線性算子半群及其應用。本書注重介紹問題的來源和背景，內容豐富，列舉了大量例題，敘述深入淺出，特別強調泛函分析理論和方法在最優(yōu)化問題和控制論中的應用。
本書可作為工科研究生和應用數學本科生的教學用書，也可作為數學系學生學習泛函分析時的參考書，并可供相關科學技術人員學習參考。
本書是針對工科各專業(yè)研究生和未修過實分析的數學系學生講授的泛函分析教材，對學生能起到啟蒙和引領作用，是從事高水平科學研究的現代數學基礎之一，希望他們學完后能做出高水平的研究成果，積極推動學科的發(fā)展。
泛函分析是現代數學中的一門較新的數學分支，它綜合運用分析、代數、幾何的觀點和方法研究無限維向量空間上的泛函、算子和極限理論。它在控制論、最優(yōu)化理論、微分方程、概率論、流體力學、量子物理、計算數學等學科中有著重要的應用，是從事高水平科學研究的現代數學基礎之一，強有力地推動著其他關聯學科的發(fā)展。因此，許多大學已把應用泛函分析列為工科研究生的學位課程。
本書是面向綜合性大學非數學專業(yè)（特別是控制科學與工程專業(yè)）研究生學習應用泛函分析方面的教材。本著強化基礎、拓展應用的原則，本書系統(tǒng)地介紹了泛函分析基礎知識，并著重列舉泛函分析方法在實際問題中的應用實例，注重闡明基本概念、基本思想和基本方法，力圖內容全面、重點突出、深入淺出。
泛函分析在當今控制理論諸分支的研究中占有重要地位。目前國內已有不少應用泛函分析教材，其中大多數教材非常優(yōu)秀，給予作者很大的啟發(fā)，但其中也有些過于簡略，僅羅列了泛函分析中的基本概念和主要定理，沒有完全展示泛函分析方法的實質和威力；還有一些完全根據數學專業(yè)的教學體系編寫，所闡述的內容體現了數學的特點，過于注重定理證明的細枝末節(jié)，其高度的抽象性導致工科研究生在學習過程中感到其艱澀難懂，望而生畏。本書試圖彌補這一缺陷，是針對工科類專業(yè)研究生和未修過實分析的數學類專業(yè)學生的泛函分析教材。
本書特色
（1）強調問題的來源，從問題背景出發(fā)引入有關抽象概念，注重泛函分析與高等數學、線性代數等課程的聯系對比，努力做到深入淺出。
（2）給出大量具體例子，有助于讀者理解抽象的概念，掌握重要的知識點，以及了解重要定理的應用。
（3）詳盡又不失簡潔地編寫線性算子半群及其應用這一章內容，以適應工科類專業(yè)（特別是控制科學與工程專業(yè)）研究生的數學基礎和專業(yè)需要，且保持泛函分析理論體系的嚴謹性和完整性。
（4）在有關章節(jié)中專門穿插給出了泛函分析在微分方程解的存在唯一性、最小二乘法、最優(yōu)控制、熱傳導方程、 Euler-Bernoulli梁方程、柔性吊車系統(tǒng)等方面的應用，加強研究生應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
通過本書的學習，應領悟泛函分析研究和處理問題的思想方法，掌握距離空間、Banach空間和 Hilbert空間以及定義在這些空間上的線性泛函和線性算子等基本概念、基本性質與重要定理，能運用全新的、現代數學的視角審視和處理控制工程中的一些問題，學會將控制工程中的具體問題抽象到一種更加純粹的代數、拓撲形式中加以研究。書中各章最后都設有精選的習題，以便讀者掌握解題方法，進而加深理解應用泛函分析的基本概念和方法。
崔寶同教授審閱了本書初稿，并提出了許多寶貴的意見。我的研究生對本書的初稿進行了初校工作，在這里向他們表示誠摯的感謝！本書的編寫得到了江南大學研究生教材建設項目的支持，在此深表謝意。最后，本書的出版還得到了清華大學出版社和崔彤編輯的大力支持和幫助，在此表示由衷的感謝。
筆者學識淺陋，對博大精深的泛函分析理論僅略知皮毛，書中難免存在疏漏和不當之處，懇請專家和讀者斧正。
樓旭陽
2024年 12月于無錫
樓旭陽，男，教授，博士生導師。從事自動化領域的教學與科研工作；主持完成國家及省部級項目4項；獲省級科技進步三等獎1項、CAA自然科學獎二等獎1項；出版專著、教材2部；發(fā)表學術論文100余篇，其中被SCI檢索80余篇；連續(xù)4年入選愛思唯爾中國高被引學者榜單(2016-2019），獲江蘇省333高層次人才。
符號說明 IX
第 1章實分析基礎 1
1.1數列的收斂
1
1.2函數列的收斂
. 3
1.
3可測集與可測函數 7
1.4勒貝格積分
. 10
1.4.1黎曼積分
10
1.
4.2勒貝格積分的定義 . 12
1.
4.3勒貝格積分的性質 . 14
1.5
Lp空間 . 17
習題 1 . 19
第 2章距離空間 21
2.
1距離空間的基本概念 21
2.
1.1距離空間的定義 22
2.
1.2距離空間中的點集 . 25
2.
1.3距離空間中的收斂 . 27
2.
1.4距離空間中的連續(xù)映射 29
2.
1.5稠密性與可分性 31
2.
2距離空間的完備性 . 34
2.2.1
Cauchy列與完備性 . 34
2.
2.2距離空間的完備化 . 39
2.
3距離空間的列緊性與緊性 . 40
2.
3.1列緊集與緊集 . 41
2.
3.2列緊集的性質 . 42
2.
3.3緊集上的連續(xù)映射 . 44
2.
4壓縮映射原理及其應用 . 44
2.
4.1不動點與壓縮映射 . 45
2.
4.2壓縮映射原理 . 46
2.
4.3壓縮映射原理的應用 . 48
習題 2 . 53
第 3章 Banach空間 56
3.1線性空間
. 56
3.
1.1線性空間的定義 56
3.1.2線性算子
61
3.2賦范線性空間
64
3.
2.1賦范線性空間的概念 . 64
3.
2.2由范數誘導的距離 . 67
3.
2.3依范數收斂 . 69
3.
3完備賦范線性空間 . 70
3.3.1
Banach空間的概念 . 71
3.3.2
Banach空間的性質 . 74
3.3.3
Riesz引理 76
3.
4有限維賦范線性空間 77
習題 3 . 80
4.1內積空間
. 83
4.
1.1內積空間的概念 84
4.
1.2內積導出的范數 86
4.
1.3范數成為內積的條件 . 88
4.
1.4完備內積空間 . 90
4.2正交與正交系
92
4.2.1正交性
. 92
4.
2.2正交系和標準正交系 . 94
4.2.3
Gram-Schmidt正交化 . 96
4.3
Fourier級數和標準正交基 . 98
4.3.1
Fourier級數和 Bessel不等式 98
4.
3.2標準正交基 . 100
4.3.3
Hilbert空間的同構 107
4.
4最佳逼近和正交分解定理 . 109
4.4.1最佳逼近
109
4.
4.2正交分解定理 . 111
4.
4.3正交投影算子 . 114
4.
5正交分解定理的應用 116
4.5.1最優(yōu)控制
116
4.
5.2函數逼近問題 . 118
4.
5.3最小二乘法 . 120
習題 4 . 121
第 4章 Hilbert空間 83
第 5章有界線性算子理論 . 123
5.1線性算子
. 123
5.
1.1有界線性算子 . 124
5.1.2連續(xù)算子
128
5.2算子空間
. 131
5.
2.1算子范數和算子空間 . 131
5.
2.2算子列的收斂性 137
5.
2.3算子空間的完備性 . 139
5.3一致有界定理
140
5.
3.1一致有界定理與共鳴定理 . 141
5.
3.2一致有界定理的應用 . 143
5.
4逆算子與逆算子定理 148
5.4.1逆算子
. 148
5.
4.2逆算子定理 . 149
5.
4.3逆算子定理的應用 . 151
5.
5閉算子與閉圖像定理 152
5.5.1閉算子
. 152
5.
5.2閉圖像定理 . 154
5.6
Hahn-Banach延拓定理 . 156
習題 5 . 159
第 6章共軛空間與共軛算子 . 163
6.1共軛空間與
Riesz表示定理 163
6.2自反空間
. 168
6.3共軛算子
. 171
6.
4強收斂與弱收斂 . 179
6.
4.1點列的強收斂與弱收斂 179
6.
4.2算子列的強收斂與弱收斂 . 182
6.
4.3泛函列的弱收斂與弱 *收斂 183
6.5
Riesz表示定理的應用 . 184
習題 6 . 190
第 7章線性算子的譜理論 . 193
7.1譜集和正則集
193
7.
2有界線性算子的譜理論 . 197
7.
3自伴算子的譜理論 . 201
7.
4緊算子的譜理論 . 204
7.
4.1緊算子的定義 . 204
7.
4.2緊算子的性質 . 206
7.
4.3緊算子的譜和 Fredholm抉擇定理 . 209
習題 7 . 214
第 8章線性算子半群及其應用 217
8.1抽象
Cauchy問題初探 217
8.
2強連續(xù)算子半群 . 220
8.2.1
C0半群的定義和性質 221
8.2.2
C0半群的生成定理 223
8.
2.3耗散算子與壓縮半群 . 224
8.
3線性發(fā)展方程的解 . 228
8.
4線性算子半群的應用 231
8.
4.1熱傳導問題 . 232
8.
4.2弦振動問題 . 234
8.4.3人口方程
236
8.4.4
Euler-Bernoulli梁方程 238
8.
4.5柔性吊車系統(tǒng) . 241
習題 8 . 245
參考文獻 . 247
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