lectures on geometric measure theory

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出版者:
作者:Leon Simon
出品人:
页数:272
译者:
出版时间:1983
价格:0
装帧:
isbn号码:9780867844290
丛书系列:
图书标签:
  • 测度
  • 微分几何7
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  • 微分几何
  • 偏微分方程
  • Hausdorff 测度
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具体描述

对于做几何分析的研究生来说,本书提供了一种有用的方法论。

《几何测度论讲义》图书内容概述 本卷《几何测度论讲义》聚焦于经典分析学与现代几何学深刻交叉的前沿领域,旨在系统性地阐述几何测度论的基础理论、核心工具及其在偏微分方程、变分法和低维拓扑中的应用。全书结构严谨,内容由浅入深,力求为读者构建一个坚实而广阔的理论框架。 本书的叙事逻辑围绕“度量、正则性与最优传输”三大支柱展开,辅以对特定几何对象的深入剖析。 第一部分:测度论基础与黎曼几何的初步融合 本部分旨在夯实读者对现代测度论的理解,并将其无缝过渡到具有内在几何结构的度量空间。 第一章:经典测度论回顾与泛化 本章首先回顾勒贝格测度、$sigma$-代数、可测函数以及$L^p$空间的完备性。随后,重点引入Hausdorff测度的构造,这是连接拓扑维度与测度维度的桥梁。我们详细讨论了Hausdorff维数的定义、性质及其在分析集(Analytic Sets)中的应用。特别地,本章会深入探讨卡拉泰奥多里(Carathéodory)外测度构造的普适性,以及如何利用它来定义一般的度量空间上的测度。 第二章:度量空间上的微分 将经典微积分的概念推广到一般的度量空间是几何测度论的核心挑战之一。本章介绍Lipschitz函数的定义及其微分的意义。我们引入微分的Rademacher定理,阐述几乎处处可微的深刻结论,并探讨其与Sobolev空间的早期联系。此外,本章还会详述Rademacher-Stepanov定理在局部分析中的关键作用。 第三章:Sobolev空间与Minkowski不等式 本章聚焦于Sobolev空间的定义及其在度量空间上的推广——Sobolev函数。我们详细讨论了Sobolev嵌入定理的度量空间版本,并阐述了Minkowski不等式在测度论中的地位,特别是在积分几何和体积估计中的应用。 第二部分:微分几何与微分形式的测度化 第二部分将视角转向光滑流形,并引入微分几何的语言来精确描述几何对象的“大小”和“形变”。 第四章:微分流形上的微分形式与外微分 本章系统介绍微分流形、切丛和余切丛的概念。核心内容是微分形式的代数结构(楔积)和外微分算子$d$的定义及其满足的方程($d^2=0$)。我们详细论述了De Rham上同调的定义,虽然它并非测度论的主题,但其拓扑不变量的视角为理解更高维度的几何提供了必要的背景。 第五章:流形上的积分与测度 本章讨论如何将积分理论推广到流形上。介绍定向体积形式(Orientation Volume Form)的选取,并阐述如何通过它来定义流形上的Lebesgue型积分。重点分析Stokes定理在一般光滑流形上的精确表述及其在保守场计算中的应用。 第六章:曲率与测度的渐近行为 本章探讨几何量(如Ricci曲率)如何影响测度的局部行为。讨论收敛的测度(如$L^1$收敛、弱收敛)与相应几何结构的稳定性。引入测度收敛到折叠极限(Gromov-Hausdorff收敛)的概念,并初步探讨具有一致负曲率或零曲率的度量空间的极限行为。 第三部分:变分问题与最优传输理论 第三部分是全书的核心,关注如何利用测度来定义和求解几何变分问题,特别是关于“最短路径”和“最优分配”的问题。 第七章:极小曲面理论的测度视角 本章从测度的角度重新审视极小曲面问题。介绍定边界极小曲面的定义。核心是Caccioppoli-Beckner不等式的度量空间版本,以及Dirichlet能量的泛函分析描述。本章将深入探讨正则性理论的初步结果,例如,具有有限面积的曲面在特定条件下具有光滑性。 第八章:Sobolev空间上的几何不动点问题 本章关注与Laplace-Beltrami算子相关的几何问题。讨论Yamabe问题和Yamada猜想的度量空间背景。重点分析Yamabe泛函的能量最小化过程,引入临界点理论在几何中的应用。 第九章:Wasserstein距离与最优传输 这是本部分最现代化的内容。详细介绍Kantorovich最优传输问题的建立,即如何找到连接两个概率测度$mu$和$ u$的“最经济”的耦合$pi$。核心是Wasserstein距离(或$W_p$距离)的定义及其强大的拓扑性质(如$W_p$完备性)。我们阐述Monge问题(有界导数约束)与Kantorovich问题的对偶性,并引入Brenier定理,阐述在特定条件下最优传输映射的存在性和唯一性。 第十章:最优传输在PDE中的应用 本章将理论应用于实际计算。讨论 Fokker-Planck 方程(或称Kolmogorov前进方程)解的演化如何用Wasserstein距离来描述,即Jordan-Kinderlehrer-Otto (JKO) 方案。阐述JKO格式作为梯度流在概率空间上的离散化方法,及其与连续时间动态系统的关系。 第四部分:低维几何结构与奇异性分析 本部分将理论应用于对低维对象(如曲线和曲面)的深入理解,特别是当局部光滑性被打破时。 第十一章:曲线的测度几何与曲率流 本章专注于一维对象的分析。介绍曲率的定义(特别是曲率测量),以及曲率流(如平均曲率流)在演化几何形状中的作用。探讨曲线的奇点形成问题,以及如何利用测度来描述奇点附近的局部结构(如钉子结构)。 第十二章:曲面的局部结构与奇点 本章扩展到二维表面。分析黎曼面上度量的局部性质。重点讨论钉子点(Needle points)和锥形奇点(Conical Singularities)的几何测度论处理方法。引入能量最小化曲面在奇异点附近的渐进行为分析。 本书的撰写风格注重严谨性与直观性并重,力求在数学的精确性与几何的图像化理解之间找到平衡点。对于每个核心定理的证明,都提供了详尽的中间步骤和关键的几何洞察。本书适合于具有扎实实分析基础和初步微分几何知识的研究生及研究人员。

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读后感

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用户评价

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这本《 Lectures on Geometric Measure Theory》早已在我书架上占有一席之地,它并非我初次接触几何测度论的书籍,但无疑是其中最令人印象深刻的。我初次翻阅它时,恰逢我对黎曼几何中的测地线和曲率产生了浓厚的兴趣,而几何测度论恰好是理解这些概念更深层次数学结构的钥匙。我一直认为,数学的美丽不仅仅在于抽象的符号和严谨的证明,更在于它能够描绘和理解现实世界中那些错综复杂的形态和运动。这本书恰恰满足了我的这种期待。作者的叙述方式,我个人觉得是一种非常“引导式”的教学,他并不直接抛出过于复杂的定义和定理,而是通过层层递进的问题和直观的几何意象,带领读者一步步深入到几何测度论的核心。比如,在讲解“测度”的概念时,作者并没有直接引用教科书式的定义,而是从直观的长度、面积、体积的推广出发,引入了测度的抽象框架,并辅以大量的例子,例如索菲·热尔曼的集合、康托尔集等,这些例子不仅展示了测度的强大之处,也隐约透露出数学的奇妙与反直常规。

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我对这本书的另一个深刻印象是它在“ 范畴论”(category theory)和“ 抽象代数”(abstract algebra)的某些思想上的暗示。虽然本书并非直接讨论这些领域,但作者在构建测度论的公理化体系时,其严谨的逻辑和对结构关系的关注,无疑与这些抽象数学分支的精神不谋而合。《Lectures on Geometric Measure Theory》在处理“ 测度空间”(measure spaces)和“ 可测函数”(measurable functions)之间的关系时,所展现出的那种“结构守恒”的思想,让我联想到了范畴论中“函子”(functors)的概念。此外,在讨论“ L^p 空间”时,作者对于向量空间结构和内积的强调,也让我体会到了代数工具在分析数学中的重要作用。

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我一直对数学史抱有极大的热情,而《Lectures on Geometric Measure Theory》这本书,在我看来,不仅仅是一本纯粹的数学教材,更是一部关于几何测度论发展历程的生动写照。作者在行文中,巧妙地将那些奠基性的思想和关键性的定理的提出背景融入其中,使得学习的过程仿佛成为了一次与数学大师们对话的旅程。我尤其欣赏作者在阐述卡拉泰奥多里(Carathéodory)工作的部分,那种对初等几何概念进行严格公理化和测度化的努力,以及由此产生的测度理论的普适性,至今仍让我感到震撼。作者在解释柯西-施瓦茨不等式在测度论中的应用时,那种将代数工具巧妙地应用于几何概念的转换,真是令人拍案叫绝。此外,在探讨贝索不等式(Bessel's inequality)和帕塞瓦尔等式(Parseval's identity)时,作者更是将傅里叶分析与测度论紧密地联系起来,揭示了数学不同分支之间深刻而迷人的联系。

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总而言之,《Lectures on Geometric Measure Theory》这本书为我提供了一个前所未有的视角来审视几何与分析的交汇之处。它不仅是一本传授知识的教材,更是一次智识上的探险。我反复阅读这本书,每一次都会有新的发现和领悟。它就像一位循循善诱的老师,不断地提出问题,引导我去思考,去探索。我尤其赞赏作者在叙述过程中所展现出的那种对数学的敬畏之心和对真理的不懈追求。这本书的价值,远不止于它所包含的定理和公式,更在于它所传达出的那种严谨的数学思维方式和对数学内在之美的深刻体悟。

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这本书最令我着迷之处在于,它将抽象的数学概念与具体的几何直觉进行了完美的融合。我过去阅读过一些关于几何测度论的著作,它们要么过于偏重分析的严谨性,使得几何的直观性荡然无存;要么过于侧重几何的描绘,而忽略了支撑这些描绘的深刻的分析工具。而《Lectures on Geometric Measure Theory》则恰好找到了一个绝佳的平衡点。作者在讲解“Hausdorff测度”时,并没有直接给出其复杂的定义,而是从“直径”和“覆盖”这两个基本概念出发,逐步构建起Hausdorff测度的概念,并细致地阐述了它在刻画分形集合尺寸上的重要作用。那些关于分形几何的讨论,比如Mandelbrot集合的Hausdorff维数,更是将抽象的数学理论赋予了直观而美丽的视觉形象。

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坦白说,我在阅读《Lectures on Geometric Measure Theory》之前,对“Radon-Nikodym定理”的理解一直停留在比较浅显的层面,认为它仅仅是关于概率测度与条件期望之间关系的一个工具。然而,这本书的作者以一种我未曾想到的方式,将Radon-Nikodym定理的深远影响展现得淋漓尽致。他通过对“ Radon测度”和“ Radon-Nikodym导数”的深入剖析,清晰地揭示了这一定理在连接可测函数和可积函数、以及在定义“条件期望”等方面的关键作用。特别是关于“Aumann-Carathéodory定理”的讨论,作者将Radon-Nikodym定理的应用延伸到了更广阔的领域,这让我对概率论和统计学中的许多概念有了全新的认识,也更加体会到数学工具的普适性和内在的统一性。

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我一直对“极小曲面”(minimal surfaces)的理论情有独钟,因为它们不仅在几何上具有优雅的性质,在物理学中也有着重要的应用,比如 soap films。在我看来,《Lectures on Geometric Measure Theory》这本书恰恰为理解极小曲面的存在性、光滑性以及它们所满足的变分原理提供了一个坚实的理论基础。《 Lectures on Geometric Measure Theory》在这方面做得尤为出色,作者在讲解“变分法”(calculus of variations)与测度论的结合时,非常清晰地阐述了如何将极小曲面的定义转化为一个最优化问题,并通过测度论的工具来分析这些问题的解。我对书中关于“ Plateau问题”的讨论印象深刻,作者通过引入“ Varifolds”的概念,有效地解决了在非光滑曲面上定义和研究极小曲面的难题,这在我看来是几何测度论的又一个辉煌成就。

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这本书在处理“奇异集”(singular sets)方面,展现了作者深刻的洞察力和出色的组织能力。在许多几何研究中,我们常常会遇到一些不那么“光滑”的对象,比如点、线段的集合,或者某些分形结构。传统的微分几何方法在这种情况下往往显得力不从心。而《Lectures on Geometric Measure Theory》则为我们提供了一种更加普适和强大的工具。作者在讲解“Hausdorff维数”和“Besicovitch维数”时,非常细致地分析了它们在刻画这些奇异集尺寸上的差异和联系。特别是关于“ 维数约减性”(dimension reduction)的讨论,作者展示了如何利用测度论的工具来理解和量化这些奇异集所占据的空间“量”,这对于理解许多现代数学领域的概念,如混沌理论、信号处理等,都具有重要的意义。

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这本书的另一个亮点在于其对“曲面”和“形变”的深入探讨。我一直认为,几何测度论的精髓在于它能够为那些看似光滑连续的几何对象提供一个普适而强大的度量框架,即使这些对象表面存在某种“缺陷”或“奇异性”,也能被有效地描述和分析。作者在讲解“微分流形”上的测度时,引入了“联系”(connection)和“曲率”(curvature)的概念,并巧妙地将它们与测度的性质联系起来,这对于理解黎曼几何中的许多基本定理至关重要。例如,他关于“高斯-博内定理”(Gauss-Bonnet theorem)的讲解,清晰地展示了如何通过对流形上曲率的积分来计算流形的拓扑不变量,这种将局部几何信息与整体拓扑性质联系起来的思路,对我来说是极具启发性的。

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在我看来,《Lectures on Geometric Measure Theory》这本书的独特之处还在于它对“可数可加性”(countable additivity)这一测度论核心概念的反复强调和多角度阐释。我过去也曾阅读过其他测度论的教材,但很少有像这本书一样,如此细致地探讨“可数可加性”为何如此关键,以及它如何支撑起整个测度理论的严谨性。作者通过一系列巧妙的例子,比如用可数可加性来证明“ Borel-Cantelli引理”,从而将测度论与概率论中的“几乎必然”(almost surely)概念联系起来,这让我对概率论的数学基础有了更深的理解。我尤其欣赏书中关于“ 长度”和“ 面积”的测度如何通过可数可加性得到统一的论述,这种将直观几何概念抽象化并赋予其数学严谨性的过程,是我学习过程中的一大收获。

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