實變函數(shù)與泛函課程改革-課程改革論文-教育論文
發(fā)布時間:2020-10-23 來源: 事跡材料 點擊:
實變函數(shù)與泛函課程改革- 課程改革論文- 教育論文 ——文章均為 WORD 文檔,下載后可直接編輯使用亦可打印——
摘要:本文探討了《實變函數(shù)與泛函分析》課程內容改革,一是采用一維化方法從一維實數(shù)空間的測度論開始學習,二是采用測度的可數(shù)可加性圯葉戈洛夫定理圯有界收斂定理的學習路徑學習測度論,可測函數(shù)和積分論的性質。此教學方案突出課程核心內容,減輕了課程難度,適合數(shù)學類和相關專業(yè)學生學習。
關鍵詞:一維化方法;測度論;學習路徑
一、引言
隨著大學教育跟國際接軌,在筆者所在首都經(jīng)濟貿易大學,高年級數(shù)學課程越來越受到重視。
《實變函數(shù)與泛函分析》 (簡稱實變課程)課程不僅是數(shù)學、統(tǒng)計類學生的必修課,也在經(jīng)濟、管理類學生中受到歡迎。隨著學生范圍的擴大,有必要針對學生背景改革實變課程的教學內容和方法。
二、《實變函數(shù)與泛函分析》課程教學改革建議
實變課程的主要內容是通過 n 維歐式空間(簡記為 n 維空間)上Lebesgue 意義下測度、可測函數(shù)、積分論基本理論的學習,理解抽象測度論和 n 維空間結構相互結合。n 維空間上測度論是后繼課程《測度論》和《隨機過程》的基礎,也是現(xiàn)代數(shù)學的基石。由于測度論的抽象性,我們都是通過學習 n 維空間上測度論過渡到抽象測度論。n維空間上測度論包括許多抽象測度論的內容,給出了抽象測度論具體實現(xiàn)的空間,也是對實數(shù)結構更加深入的認識。采用教材[1]得到啟發(fā),筆者認為可以在兩個大方面改善課程教學,第一個方面是在 n 維空間測度論學習中首先學習一維實數(shù)空間、R 的測度論,從 R 的測度論出發(fā)再深入學習 n 維空間的測度論,第二個方面是在完成測度論學習后,
采用抽象測度論的方法把測度、可測函數(shù)和積分論的性質聯(lián)系在一起,具體學習路徑是:測度的可數(shù)可加性圯葉戈洛夫定理圯有界收斂定理圯 Fatou 引理圯 Lebesgue 控制收斂定理。我們從實變課程中測度、可測函數(shù)和積分論來討論以上兩個方面。(一)學習 n 維空間測度論的新方法第一步,R 實數(shù)空間。我們知道測度論的學習一般分為兩個階段,第一階段《實變》課程學習 n 維空間上 Lebesgue 測度論,第二階段《測度論》課程學習抽象測度論。國內數(shù)學教材比如[2],是直接學習 n 維歐式空間測度理論。傳統(tǒng)數(shù)學系學生已經(jīng)對 n 維空間的拓撲結構有比較深入的了解,此方法不無不可。而對財經(jīng)類院校學生,對于 n 維空間不太熟悉,那么直接學習 n 維歐式空間測度理論有相當難度。筆者翻閱了眾多教材,發(fā)現(xiàn)書[1]從 n=1,即實數(shù)軸 R 上的測度論講起,非常方便數(shù)學基礎相對薄弱的學生直接學習實變課程。我們敘述學習 R 上測度論的優(yōu)點:1.R 上容易證明以下命題。命題 1([1]Propostion1P31):R 上區(qū)間的外測度是其長度。我們對 R 上開區(qū)間 I=(a,b)定義長度為 l(I)=b-a。任何集合 A 定義外測度,找可數(shù)個開區(qū)間覆蓋 A,求出開區(qū)間的長度和,最后對有所有長度和取下確界,即 m*(A)=inf∞k=1Σl(Ik)|A 哿∞k=1 胰 Ik 胰胰。此定義是從長度到測度的重要步驟,保證了數(shù)學理論邏輯的完整性。R 上區(qū)間的外測度是其長度的結論雖然非常直觀,但是證明需要一定的技巧,用到了閉區(qū)間的緊致性(證明參見[1]Propostion1P31)。另一方面,在敘述完外測度的定義后,外測度的單調性、次可數(shù)可加性屬于抽象測度論內容。2.R 上容易證明以下命題。命題 2([1]Propostion8P38):R
上每個區(qū)間是可測的。在抽象測度論方面,我們引入 Caratheodory條件定義可測集。測度就是外測度在可測集上的限制?蓽y集滿足 σ-代數(shù)性質,且測度具有可數(shù)可加性,上、下連續(xù)性。關鍵在 R 上我們可以比較容易地證明每個區(qū)間都是可測的,避免 n 維空間上結果的技術細節(jié),從而通過區(qū)間生成 Borel 可測集和 Lebesgue 可測集。3.R 的拓撲結構簡單,我們有如下命題。命題 3([1]Propostion9P17):R 的非空開集是可數(shù)個開區(qū)間的并集,非空閉集是可數(shù)個閉區(qū)間的并集。R 上拓撲結構是開、閉區(qū)間概念的直接推廣,直接引入了拓撲概念。我們可以用開集、閉集逼近可測集,便于理解拓撲與測度的關系([1]P40)。學習 n 維空間測度論的新方法第二步,n 維空間。在具體學完 R 上測度后,我們對抽象測度論有一定理解,只需拓展以上三個命題就可以理解 n 維空間上 Lebesgue 測度論, 減輕了學習難度。命題 1’([1]例 P62):n 維空間上矩體的外測度是其體積。命題 2’([1]定理 2.9P74):n 維空間上每個開矩體是可測的。命題 3’n 維空間上每個開集是可數(shù)個開矩體的并集。命題 1’在書[2]中并沒有給出詳細證明,其具體證明細節(jié)把命題 1 的證明推廣到多維。命題 2’比命題 2 的證明復雜。(二)對于 R 上的可測函數(shù)類,我們可以比較簡單地證明Littlewood 三原則([1]P )。①每個可測集幾乎是有限個區(qū)間的并集([1]Theorem12P41)。②每個可測函數(shù)幾乎是連續(xù)的,即魯津定理([1]P66)。③函數(shù)列點態(tài)收斂幾乎是一致收斂,即葉戈洛夫定理([1]P )。其中葉戈洛夫定理的證明用到了 Lebesgue 測度的連續(xù)性,即測度可數(shù)可加性的一個推論,聯(lián)系了測度和可測函數(shù)的性質
。╗1]RemarkP78)。(三)對于 R 上的可測函數(shù)的 Lebesgue 積分。我們利用葉戈洛夫定理證明有界收斂定理,聯(lián)系了可測函數(shù)和積分的性質([1]RemarkP78),進而證明 Fatou 引理,單調收斂定理,Lebesgue控制收斂定理。以上(二),(三)部分參考學習路徑,屬于抽象測度論的內容,其結果可以平行地推廣到 Rn 空間中。
三、結束語
綜上所述,以上《實變函數(shù)與泛函分析》課程關于一維化方法和測度、可測函數(shù)、積分論學習路徑的建議是適應課程面向大眾化的改革方案,突出核心內容,極大減輕了教學內容的難度,便于學生學習。根據(jù)學生情況,課程還可以增加弱收斂、度量空間、拓撲空間、Banach空間、Hilbert 空間等內容。
參考文獻:
[1]H.Royden,P.Fitzpatrick.RealAnalysi,FourthEdition[M].機械工業(yè)出版社,2010.
[2]周民強.實變函數(shù)論[M].第 2 版. 大學出版社,2008.
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