Mathematical Analysis

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出版者:
作者:Schr?der, Bernd S. W.
出品人:
页数:584
译者:
出版时间:2007-11
价格:802.00元
装帧:
isbn号码:9780470107966
丛书系列:
图书标签:
  • 数学分析
  • 微积分
  • 实分析
  • 高等数学
  • 数学
  • 分析学
  • 极限
  • 连续性
  • 微分
  • 积分
  • 函数
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具体描述

A self-contained introduction to the fundamentals of mathematical analysis

Mathematical Analysis: A Concise Introduction presents the foundations of analysis and illustrates its role in mathematics. By focusing on the essentials, reinforcing learning through exercises, and featuring a unique "learn by doing" approach, the book develops the reader's proof writing skills and establishes fundamental comprehension of analysis that is essential for further exploration of pure and applied mathematics. This book is directly applicable to areas such as differential equations, probability theory, numerical analysis, differential geometry, and functional analysis.

Mathematical Analysis is composed of three parts:

?Part One presents the analysis of functions of one variable, including sequences, continuity, differentiation, Riemann integration, series, and the Lebesgue integral. A detailed explanation of proof writing is provided with specific attention devoted to standard proof techniques. To facilitate an efficient transition to more abstract settings, the results for single variable functions are proved using methods that translate to metric spaces.

?Part Two explores the more abstract counterparts of the concepts outlined earlier in the text. The reader is introduced to the fundamental spaces of analysis, including Lp spaces, and the book successfully details how appropriate definitions of integration, continuity, and differentiation lead to a powerful and widely applicable foundation for further study of applied mathematics. The interrelation between measure theory, topology, and differentiation is then examined in the proof of the Multidimensional Substitution Formula. Further areas of coverage in this section include manifolds, Stokes' Theorem, Hilbert spaces, the convergence of Fourier series, and Riesz' Representation Theorem.

?Part Three provides an overview of the motivations for analysis as well as its applications in various subjects. A special focus on ordinary and partial differential equations presents some theoretical and practical challenges that exist in these areas. Topical coverage includes Navier-Stokes equations and the finite element method.

Mathematical Analysis: A Concise Introduction includes an extensive index and over 900 exercises ranging in level of difficulty, from conceptual questions and adaptations of proofs to proofs with and without hints. These opportunities for reinforcement, along with the overall concise and well-organized treatment of analysis, make this book essential for readers in upper-undergraduate or beginning graduate mathematics courses who would like to build a solid foundation in analysis for further work in all analysis-based branches of mathematics.

《宇宙的低语:从量子纠缠到时空几何》 第一章:存在的基石——物质的微观世界 本书将带领读者深入探索物质世界的底层逻辑,从我们习以为常的宏大尺度骤然坠入量子世界的奇诡深渊。我们不会停留于教科书上对原子结构的简单描述,而是聚焦于那些驱动宇宙运转的根本力量和粒子行为。 首先,我们将详细剖析量子场论(Quantum Field Theory, QFT)的精髓。我们探讨如何将量子力学与狭义相对论相结合,构建出描述基本粒子及其相互作用的数学框架。章节将深入阐述规范对称性的概念,它是描述电磁力、弱核力和强核力的基石。读者将跟随费曼图的构建过程,理解粒子散射的概率是如何被精确计算的。我们会详细解析标准模型的结构,不仅仅是列举夸克和轻子,而是着重探讨自发对称性破缺如何赋予基本粒子质量,特别是希格斯机制的深层物理含义。 在此基础上,我们将进入一个更为前沿的领域:量子引力的探索。我们承认爱因斯坦的广义相对论在宏观尺度上的成功,但它在奇点和普朗克尺度下失效的困境。本章将详细考察圈量子引力(Loop Quantum Gravity, LQG)的几何化视角,解释时空本身如何被“量子化”,表现为离散的“时空原子”。同时,我们也会对弦理论进行一次深入的巡礼,探讨其在高维空间中的表现,以及M理论如何试图统一所有已知的基本力,理解其引入的超对称性(Supersymmetry)的物理动机和面临的实验检验难题。我们不会回避弦论中复杂的代数结构,而是侧重于阐释其对信息和信息守恒的深刻见解。 第二章:时空的织锦——引力与几何的交响 本章将彻底颠覆读者对“平直空间”的直观认识,转而探索时空本身的动态性和几何属性。我们将以爱因斯坦的广义相对论为出发点,但绝非重复其基础推导,而是着重于其在极端条件下的应用和深远哲学影响。 我们将详细研究黑洞物理。这不仅仅是关于事件视界的讨论,而是深入探讨霍金辐射的半经典推导过程,以及由此引发的著名的黑洞信息悖论。我们将从信息论的角度审视熵与引力的关系,考察防火墙理论、火山口理论等前沿假说如何试图调和量子力学与广义相对论之间的矛盾。读者将了解奇点定理的数学严谨性及其对宇宙起源的暗示。 随后,我们将把目光投向宇宙学。本章将详细剖析ΛCDM模型的数学结构,重点分析暴胀理论(Inflation)是如何在早期宇宙中解决视界问题和磁单极子问题的。我们会深入探讨宇宙微波背景辐射(CMB)的各项异性中蕴含的原始量子涨落信息,并解析彭罗斯的共形循环宇宙论(Conformal Cyclic Cosmology),一个将宇宙终态与下一轮大爆炸连接起来的宏大几何构想。我们还将探讨引力波天文学的意义,分析LIGO/Virgo探测到的双黑洞并合信号所提供的对强引力场区域的直接检验,以及这些数据如何帮助我们约束修改引力理论(Modified Gravity Theories)。 第三章:信息的维度——从热力学到计算极限 本章将跨越物理学的边界,探讨信息作为一种普适的物理实体,如何在热力学、计算理论和时空结构中扮演核心角色。我们将追溯信息熵(香农熵)与热力学熵的深刻联系,重点分析玻尔兹曼熵公式在统计力学中的统计基础,并引入杰恩斯的最大熵原理(Maximum Entropy Principle)作为推导物理定律的替代性方法。 我们将详细阐述兰道尔原理(Landauer's Principle),它确立了信息擦除的物理下限,揭示了计算过程的不可逆性与热力学的关联。在此基础上,我们引入量子信息论的视角。详细解析量子比特(Qubit)的概念,及其区别于经典比特的关键特性——叠加态和纠缠。我们不会停留在量子计算的宣传层面,而是深入探讨量子纠错码的数学构造,以及Shor算法和Grover算法的底层数学逻辑和计算复杂性分析。 最后,本章将探讨全息原理(Holographic Principle)。通过对Bekenstein-Hawking熵的精确计算,我们将展示一个三维空间中的引力理论(如AdS空间中的引力)可以完全由其边界上的一层无引力量子场论来描述。我们将详尽分析AdS/CFT对偶的数学框架,理解它是如何提供一个研究强耦合量子场论的非微扰工具,以及它对理解黑洞内部信息流动和量子引力本质的巨大启发。 第四章:不完备性与超越——数学的局限与未来的边界 本章将聚焦于理论物理的边界,探讨数学结构自身的局限性以及人类理解自然的终极挑战。我们将回顾哥德尔不完备定理的数学深刻性,并探讨其在物理学基础研究中的哲学映射——我们是否能建立一个完备的、无矛盾的物理理论体系? 我们将考察理论的自洽性问题。例如,在尝试构建一个包含量子力学和引力的理论时,我们遇到的无限大(无穷)的出现。我们将深入分析重整化群(Renormalization Group, RG)流动的几何意义,它如何系统地处理和消除无穷大,揭示物理定律在不同尺度上的“有效性”。 最后,本书将展望几个极具挑战性的前沿领域,这些领域本质上是当前数学工具和观测能力所能触及的最远端: 1. 非交换几何在物理中的应用: 探讨如何用非交换空间来描述普朗克尺度下时空的离散结构,尤其是在某些弦理论模型中的表现。 2. 随机拓扑与随机几何: 考察在极端涨落背景下(如早期宇宙或黑洞内部)几何结构如何表现出随机性和统计性质。 3. 超越图灵计算的理论模型: 探讨物理过程是否可能超越传统图灵机的计算能力,例如由量子引力效应引起的潜在的新型计算范式。 本书旨在为对物理学、信息论和数学哲学交叉领域有浓厚兴趣的读者提供一个深度和广度兼备的知识框架,引导读者思考构成我们宇宙的终极规则,以及我们理解这些规则的能力的边界。

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