#创作挑战赛#

实变函数,是为了扩大积分范围而引出来的一个数学分支。

据说,狄利克雷提出了这么一个函数去挑战黎曼积分

f(x)在有理数上等于1,在无理数上等于0,求

这类函数的特点都是在定义域上不连续:在任何一个足够小的邻域内,函数值都是振荡的。

因为黎曼积分是按照定义域划分区间,然后求和,并取区间的长度趋向于0时的极限,所以要求:在非常小的定义域上,函数值的变化也得非常小。

也就是说,x趋向于x0时,f(x)也得趋向于f(x0)。

但是有理数在实数内稠密,当函数值在有理数上无理数上差别很大时,黎曼积分就没法积分了。

为了解决这个问题,法国数学家勒贝格提出了改用值域划分积分范围的方法,就是实变函数论

黎曼积分的本质是按定义域求和

如果是用C语言来近似计算,就是这样:

double sum = 0;

for (double i = a; i <= b; i = (b - a) / N) {

sum = f(i) * (b - a) / N;

}

循环次数N越大间隔(b - a) / N越小,算出来的积分值越精确

但是,当按照函数值来划分间隔时,每个函数值对应的范围不是区间了,而是一个集合

如何理解实变函数中的数集(通俗的实变函数)(1)

以函数值划分区间

积分的数值计算代码就变成这样的了:

double sum = 0;

for (double y = ya; y <= yb; y = (yb - ya) / N) {

sum = y * Width{x | y = f(x)};

}

函数值y对应的定义域x的宽度该是多少?[呲牙]

实变函数要解决的,就是这么个问题!

如果能按定义域划分的话,肯定就按定义域划分了。

如果没法按定义域划分,只能按值域划分,那么划分之后的“定义域的宽度”该怎么计算?

如果定义域有理数集,那么有理数的宽度是多少?

1,有理数是可数的,

大数学家康托提出了一个概念,能够跟自然数集一一对应的集合,都叫可数集

也就是说,这些集合的元素,可以按照0, 1, 2, 3, 4, ..., 这么依次编号

如何理解实变函数中的数集(通俗的实变函数)(2)

有理数的排列-对角线

有理数的分子分母都是整数,康托按照对角线去排列有理数的顺序,就与自然数建立了一一对应关系:也就证明了有理数是可数的。

凡是可数的集合,它的元素都是离散的

早在欧几里德的几何原本里,离散的点就是没有长度的:所以规定可数集的“宽度”是0

“宽度”这个词太容易混淆了,所以勒贝格把它叫做测度

2,实数是不可数的,

因为实数是连续的,没法把实数区间里的所有点都编上号,所以实数是不可数的。

这个证明方法就是康托三分集

A,把一个区间分成3段(有2个分隔点),3段的编号依次以0、1、2开头,

B,取中间一段,再分成更小的3段,编号依次以10,11,12开头(需要2位数),

C,这么依次编下去,总有至少1个点编不上号的:

如果能编上的话,实数就连续不起来了。

通过研究有理数、实数与自然数的对应关系问题,康托发现了有理数和实数是不一样的,然后预言了超越数是存在的。

实数区间的测度(宽度),就是两个端点的差的绝对值:|b - a |.

有理数的测度,因为它是可数集,测度是0。

所以,间断点是一个可数集的函数,在按值域划分时,就可以积分了!

这就是勒贝格积分

3,比较大小,

比较大小,本身是给集合的元素规定一种顺序

a < b, b < c, 那么 a < c.

a < b,那么 b > a.

只要满足这2个关系的,就可以按照顺序进行二分查找

对于按顺序排列的一组数字,要查找里面是否有某个数字的话,可以先看中间那个

A,如果相等,就找到了,

B,如果小于,就看左边,

C,如果大于,就看右边。

计算机里所有的查找排序算法,都是基于元素可以比较大小

可以比较大小的情况下,比较一次就能定位好些个元素的情况,而不是比较一次只能定位2个元素的情况。

但不是所有的集合都能比较大小,一般认为复数是没法比较大小的,而实数可以。

复数也可以给它规定顺序:先比较“模”的大小,再比较辐角的大小。

当然数学家们为了严谨,是肯定要搞出一大堆的证明来,让人学上10遍的[捂脸]

如何理解实变函数中的数集(通俗的实变函数)(3)

复数的比较

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