非线性泛函分析及其应用   第4卷《在数学物理中的应用》

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出版者:
作者:宰德勒
出品人:
页数:974
译者:
出版时间:2009-8
价格:99.00元
装帧:
isbn号码:9787510005237
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

《非线性泛函分析及其应用,第1卷,不动点定理》主要论述非线性泛函分析在数学物理中(包括力学、弹性学、塑性学、流体运动学、热力学、统计力学、狭义相对论和广义相对论、宇宙学等)的应用。给出有关的物理背景及有关的基本方程,用泛函分析的经典和现代结果对在物理学发展中起重要作用的重要问题进行深入讨论。是一本沟通物理学和数学的好书。

非线性泛函分析及其应用 第四卷:在数学物理中的应用 图书简介 本卷聚焦于非线性泛函分析的核心理论在现代数学物理领域中的深入应用与前沿探索。它旨在为高等数学、理论物理、应用数学及相关工程领域的科研人员和高年级研究生提供一个系统、深入的视角,展示如何运用抽象的泛函分析工具来解析和解决物理学中最具挑战性的问题。 全书的结构设计严谨,从基础概念的回顾与深化开始,逐步过渡到高度专业化和前沿化的应用案例。它避开了对基础线性泛函分析的冗长铺陈,而是直接切入非线性空间的复杂性,特别是那些源于偏微分方程、量子场论和统计力学背景的结构。 第一部分:非线性空间基础与演化系统 本部分首先对非线性泛函分析中至关重要的几个概念进行再构建,重点突出其在描述物理现象中的不可替代性。 1. 变分原理与泛函的临界点 本章深入探讨了变分法在物理学中的核心地位,尤其关注庞加莱(Poincaré)不变性和拉格朗日量结构的保持。重点分析了希尔伯特空间中能量泛函的局部和全局最小化问题,并详细讨论了光滑性和可微性假设在处理实际物理模型时的局限性。引入了更一般的拓扑变分方法(如极小曲面理论在广义相对论中的初步应用),以及如何利用山路定理(Mountain Pass Theorem)和极值迭代法来识别系统可能存在的多个平衡态或鞍点解。特别地,讨论了等周不等式在流体动力学和弹性理论中的推广形式。 2. 强非线性方程的半群理论 本节将分析抛物型和双曲型非线性偏微分方程(PDEs)的演化问题。重点在于非线性对解的存在性、唯一性、光滑性和长期行为的影响。我们将详细审视诸如 KPP 方程、非线性泊松方程以及某些形式的 Navier-Stokes 方程(在非光滑解的意义下)的弱解理论。关键在于建立和分析非线性算子的 $C_0$ 半群性质,并利用 Boundedness Invariance Isotropy Conservation (BIIC) 等概念来证明解的稳定性。此外,对奇异极限下的渐近行为分析,特别是边界层理论与奇异摄动理论在非线性演化问题中的结合,进行了深入探讨。 第二部分:几何、拓扑与场论中的应用 本部分将非线性泛函分析的视角提升到几何和拓扑层面,展示其作为现代理论物理基础语言的作用。 3. 黎曼几何中的非线性算子 本章探讨了在具有弯曲时空或流形上的微分几何问题。重点分析了线上规范场论(Gauge Field Theory)中的杨-米尔斯方程的解空间。这涉及到对曲率泛函(如爱因斯坦-希尔伯特作用量)进行泛函微分,并研究这些方程的解在无穷维李群上的存在性。我们将考察指标(Index)理论在规范不变性下的修正,以及如何使用规范选择(Gauge Fixing)技术将无穷维问题转化为有限维或至少是局部可控的问题。关于最小曲面方程(如平均曲率流)的分析,也包含了对嵌入理论的深入讨论。 4. 拓扑场论与同调理论 本部分着重于将代数拓扑的语言(特别是同调和上同调)与泛函分析结合起来。探讨了在 Witten 理论和其他共形场论(CFT)背景下,如何定义和计算关联函数。重点在于如何处理路径积分(Path Integral)的重整化问题,这本质上是一个在无穷维空间上定义概率测度(如高斯测度及其非高斯修正)的泛函分析难题。通过引入 Batalin-Vilkovisky(BV)形式主义,我们阐释了如何利用无穷维流形上的泛函微分结构来保证微分解的有效性,并讨论了 Chern-Simons 理论中 Berry-Keating 猜想的泛函分析视角。 第三部分:统计物理与随机过程的非线性模型 本卷的最后一部分将焦点转向了具有大量自由度系统的随机性和涨落问题。 5. 玻尔兹曼方程与输运问题 本章详细分析了描述稀薄气体动力学的玻尔兹曼方程。该方程是一个高度非线性的积分-微分方程,其解的存在性和正则性是经典数学物理中的难题。我们将讨论 $H$-定理的严格推导,并考察方程在低密度极限(即向朗之万方程或 Navier-Stokes 方程的过渡)中的展开。对非平衡态统计力学中关键的线性输运系数的计算,也需要依赖于对玻尔兹曼算子(其线性化形式)的谱分析,这自然地引出了非自伴算子的泛函分析方法。 6. 随机场与马尔可夫过程 本节探讨了随机场理论中非线性相互作用的描述。重点分析了抽象的随机微分方程(SDEs),特别是那些在无限维空间上定义的方程(例如,描述界面增长的 KPZ 方程)。我们将引入随机算子理论,并利用 Malliavin 微积分来处理非光滑的随机泛函。讨论内容包括随机场的热力学极限下的相变(例如,伊辛模型在高维空间中的非线性涨落分析),以及如何运用随机泛函分析工具来精确计算临界指数。 总结 《非线性泛函分析及其应用 第四卷:在数学物理中的应用》旨在提供一个高度综合的资源,它不仅要求读者掌握严格的泛函分析技术,还要求读者具备深厚的物理直觉。本书的深度和广度,使得它成为推动相关领域研究人员理解和解决当前核心挑战的有力工具。本书不涉及基础的线性算子理论或经典控制理论,而是完全专注于非线性、几何化、随机化和拓扑化的复杂应用。

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读后感

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用户评价

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这本书的结构安排也极具匠心。它并非简单地将数学理论与物理应用割裂开来,而是巧妙地将两者融为一体。在引入一个数学工具时,往往会立刻给出它在数学物理中的具体应用场景,这样读者就不会感到学习这些工具是“无的放矢”。 比如,书中在介绍巴拿赫空间和希尔伯特空间时,并没有仅仅停留在集合论的定义上,而是立即将它们与量子力学中的态空间联系起来,强调了它们在描述量子态和算符方面的核心作用。接着,又将这些空间的概念延伸到求解积分方程和微分方程,比如Fredholm积分方程的理论,以及狄拉克方程等。这种“理论先行,应用紧随”的模式,让我能够时刻保持学习的动力,因为我始终能看到数学语言在物理世界中的强大解释力。

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作为一名对理论物理充满向往的业余爱好者,我一直在寻找能够系统性地理解数学工具如何支撑物理理论的书籍。而《非线性泛函分析及其应用》第四卷,绝对是我近几年来阅读过的最令人印象深刻的一本书。 它并没有回避非线性泛函分析本身的难度,但却巧妙地将其与数学物理中的实际问题相结合。例如,书中在介绍“李群”和“李代数”时,并没有仅仅停留在抽象的代数定义上,而是立刻将其与物理学中的对称性原理联系起来,例如洛伦兹群在狭义相对论中的作用,以及规范对称性在粒子物理中的应用。 我特别喜欢书中对“拓扑学”在物理学中应用的章节。我之前对拓扑学只停留在一些非常基础的认识,觉得它与物理世界似乎关联不大。但这本书通过对“同胚”、“同伦”等概念的讲解,以及它们在描述某些物理系统的拓扑性质,比如Chern-Simons理论、拓扑绝缘体等方面的应用,让我对拓扑学在现代物理学中的重要性有了全新的认识。

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这本书的深度和广度都令我惊叹。第四卷《在数学物理中的应用》不仅仅是泛函分析理论的延伸,更是一次深入数学物理前沿的探索之旅。 书中对于“变分法”的讲解,尤其让我受益匪浅。我一直对物理学中的“作用量”概念感到神秘,而变分法正是理解这一概念的关键。书中详细介绍了如何使用欧拉-拉格朗日方程来寻找使作用量取极值的路径,这在经典力学、场论中都有着广泛的应用。 我特别欣赏书中对于“非线性薛定谔方程”的详细分析。这个方程在量子光学、凝聚态物理等领域都扮演着重要角色。书中通过非线性泛函分析的工具,如不动点定理、耗散结构理论等,分析了方程的定性行为,包括孤子的形成和演化。这让我看到了数学工具如何帮助我们理解那些看似混沌的物理现象。

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这本书真是太出乎我意料了!我之前以为《非线性泛函分析及其应用》系列只是纯粹的理论堆砌,没想到到了第四卷《在数学物理中的应用》,竟然能将如此抽象的数学工具与我们熟悉的物理世界如此紧密地联系起来。我一直对数学物理领域充满好奇,但苦于基础知识的不足,总觉得隔着一层厚厚的迷雾。这本书简直就是一座桥梁,它没有回避非线性泛函分析的深度,但同时又以一种非常直观的方式,将这些抽象概念转化为理解物理现象的有力武器。 比如,书中关于非线性偏微分方程的应用部分,简直是为我打开了新世界的大门。我之前对求解这些方程感到束手无策,感觉它们就像一个个难以驯服的野兽。但这本书通过引入泛函分析中的各种不动点定理、变分方法等等,提供了一整套系统性的求解思路和分析框架。尤其是对一些经典物理问题的建模和分析,比如流体力学中的Navier-Stokes方程,甚至是凝聚态物理中的一些复杂模型,书中都给出了详尽的数学推导和物理意义的阐释。我之前阅读一些关于这些物理问题的科普读物,总觉得少了点“硬核”的东西,而这本书恰恰补足了这一点。它并没有简单地给出结果,而是引导读者一步步理解数学工具是如何“孕育”出这些物理结论的,这种“知其然,更知其所以然”的感觉,让我非常有成就感。

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说实话,我拿到这本书的时候,内心是有些忐忑的。毕竟“非线性泛函分析”这几个字本身就带着一定的学术门槛,而“数学物理”更是我一直以来觉得遥不可及的领域。但这本书的写作风格却异常地友好,它并没有一开始就抛出艰深的定义和定理,而是循序渐进地引导读者进入这个复杂的数学世界。 我特别欣赏书中在介绍一些核心概念时,会穿插一些通俗易懂的比喻和类比。比如,在解释某些泛函空间的完备性时,作者会用一些几何上的直观感受来辅助理解。这种“润物细无声”的讲解方式,让我逐渐克服了对抽象数学的畏惧感。而且,书中大量的例题和习题,都非常有代表性,涵盖了数学物理中的许多经典问题。我尝试着去解答其中的一些习题,虽然过程中遇到了不少困难,但每次攻克一个难题,都会获得巨大的满足感,也加深了我对理论知识的理解。

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我一直觉得,很多数学书籍在讲解理论时,往往会忽略了读者可能缺乏的物理背景知识,导致我们在阅读时,即使理解了数学推导,也无法真正领会其物理意义。但《非线性泛函分析及其应用》第四卷在这方面做得非常到位。 书中在引入例如“调和分析”和“测度论”等数学概念时,都会先简要回顾它们在物理学中的起源和应用,例如傅里叶级数在分析周期性信号和波动现象中的作用,以及测度论在概率论和统计物理中的基石地位。然后,再将这些概念抽象化,用非线性泛函分析的语言进行重构和深化。 我印象特别深刻的是,书中关于“黎曼几何”和“微分流形”在广义相对论中的应用的讨论。虽然这部分内容可能对某些读者来说比较深入,但我通过书中提供的清晰的几何直观和物理联系,也能大致理解弯曲时空是如何用微分流形来描述的,以及张量分析在其中扮演的角色。这种跨学科的结合,让我看到了数学的强大生命力。

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我一直认为,好的科普读物应该能够激发读者的好奇心,而好的学术著作则应该能够引导读者深入思考。《非线性泛函分析及其应用》第四卷,在这两方面都做得非常出色。 书中对“边界值问题”的分析,以及如何利用非线性泛函分析工具来处理这些问题,让我印象深刻。例如,在求解泊松方程、热传导方程等时,如何通过构建合适的泛函空间,并运用不动点定理来保证解的存在性和唯一性。 我尤其欣赏书中对“映射定理”和“压缩映射原理”在物理学中的应用的阐述。例如,在分析某些迭代算法的收敛性时,这些定理提供了严谨的数学依据。书中还探讨了这些原理在机器学习、数据科学等领域的潜在应用,这让我看到了数学工具的跨学科影响力。

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我是一名对数学物理理论的应用充满好奇的爱好者,虽然我的数学功底并不算非常扎实,但一直渴望能够理解那些支撑着现代物理学大厦的数学工具。这本书第四卷《在数学物理中的应用》可以说是满足了我这样的需求。 书的开篇并没有直接跳入高深的数学推导,而是先对非线性泛函分析在数学物理中的重要性进行了宏观的阐述,让我对即将学习的内容有了一个大致的框架。接着,书中会选取一些典型的数学物理问题,然后逐步引入相关的非线性泛函分析工具来解决它们。这种“问题驱动”的学习方式,比单纯地学习抽象的数学定义要有效得多。 我特别喜欢书中关于“广义函数”和“分布论”在物理学中的应用的章节。我之前对广义函数一直存在一些模糊的认识,觉得它有点“不切实际”。但这本书通过描述狄拉克δ函数在描述点电荷、点质量等物理模型中的不可替代性,以及傅里叶变换在信号处理和波动方程中的应用,让我深刻理解了广义函数作为一种数学工具的强大之处。

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我一直认为,好的数学书籍不仅仅在于提供知识,更在于能够激发读者的思考和探索欲。而《非线性泛函分析及其应用》第四卷在这方面做得非常出色。书中涉及到的一些前沿研究方向,比如随机偏微分方程与概率测度空间的联系,或者非线性系统的稳定性分析在混沌动力学中的应用,都让我耳目一新。它不仅仅是在罗列定理和证明,而是在展示如何运用这些工具去解决现实的、甚至是一些开放性的研究问题。 我印象特别深刻的是,书中有一章详细讨论了谱理论在量子力学中的应用,这对我这个业余量子爱好者来说,简直是天赐的礼物。之前我对量子力学的理解,大多停留在概念层面,比如波函数、算符之类的。但这本书通过泛函分析的语言,清晰地解释了算符的谱与其对应的物理量之间的关系,以及如何通过求解薛定谔方程的本征值问题来获得系统的能量本征态。书中甚至还涉及了一些更高级的话题,比如自伴算符的谱分解,这让我对量子态的演化和观测过程有了更深刻的理解。我甚至能够想象,如果我是一名物理系的学生,这本书无疑会成为我学习量子场论、统计物理等课程的绝佳辅助材料。

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这本书给我带来的最大感受是,数学和物理并非是两个孤立的学科,而是相互渗透、相互促进的。第四卷《在数学物理中的应用》正是这种结合的绝佳范例。 书中对“积分方程”的详细分析,以及如何利用非线性泛函分析的方法来求解它们,让我受益匪浅。我之前在学习量子力学时,就遇到过很多积分形式的方程,但一直苦于没有系统性的求解方法。这本书通过引入“Volterra积分方程”、“Fredholm积分方程”等概念,并利用“Neumann级数”、“Banach不动点定理”等工具,提供了一套清晰的求解思路。 我特别喜欢书中关于“非线性动力学系统”的章节。书中通过对“吸引子”、“分岔”等概念的讲解,让我看到了非线性系统是如何从简单的初始条件演化出复杂而有趣的动力学行为。这对于理解天气预报、流体湍流、甚至社会经济系统的演化都具有重要的启发意义。

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黏度相的增加本质上简化了数学的假设。物理实在-数学模型----数学结果---物理解释

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