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數(shù)學心

第一百九十九章 李普希茨連續(xù)映射(微分幾何)

數(shù)學心 蔡澤禹 99 2020-07-10 15:57:57

  李普希茨是德國數(shù)學家、物理學家。主要研究數(shù)學分析、數(shù)論、微分方程、多維幾何、力學和物理。

  1859年,他發(fā)表了關(guān)于借助線積分給出貝塞爾函數(shù)的漸近展開式的嚴格研究。

  1864年,在研究傅立葉級數(shù)收斂性時,給出了以他的姓命名的充分條件。

  1876年,他改進了柯西關(guān)于常微分方程存在定理的條件。現(xiàn)在這一條件就被稱為李普希茨條件。他對n維空間的子空間給出了一些新的結(jié)果。

  他還是微分不變量研究的創(chuàng)始人之一,在其工作中已出現(xiàn)了共變微分這種運算。

  狄利克雷對利普希茨抱有希望,利普希茨聽話,而且有才華。

  如果讓他研究一種重要的細節(jié),肯定是有戲的。

  先讓利普希茨去研究關(guān)于函數(shù)映射的問題。

  狄利克雷讓利普希茨開始研究連續(xù)映射的概念。

  設(shè)X,Y為任意兩個集合,映射f:X→Y,對于x0∈X,有y0=f(x0),如果對于y0的任意鄰域U(y0),總能找到x0的鄰域U(x0),使得f(U(x0))?U(y0)。則稱映射f在點x0是連續(xù)的。如果映射f在集合X的每一點都是連續(xù)的,則稱映射f為X上的連續(xù)映射。

  奧托·赫爾德和普利希茨都開始研究除了三維坐標系的連續(xù)性,還有什么樣的連續(xù)映射?

  赫爾德說:“度量空間也是可以連續(xù)映射的?!?p>  利普希茨說:“不是三維空間那種勾股定理的距離,而是單個變量的差值,就去代表距離?!?p>  赫爾德說:“想要讓它變得合法化,是不是需要弄清它是不是連續(xù)映射的?”

  利普希茨說:“起碼先要符合連續(xù)映射的條件,要不然,肯定不能這樣用?!?p>  赫爾德說:“因變量的差值,是自變量差值的幾次方乘以一個常數(shù)?!?p>  利普希茨說:“不需要這樣,只要一次方即可。”

  后來α次方的赫爾德條件,也被稱為α階的利普希茨條件。

  之后,弗雷歇開始在1910年考慮抽象空間的連續(xù)映射。

  利普希茨連續(xù)的幾何意義是什么?怎么較好的理解它呢?

  以陸地為例。

  島嶼:不連續(xù)

  一般陸地:連續(xù)

  丘陵:李普希茲連續(xù)

  懸崖:非李普希茲連續(xù)

  山包:可導平原:線性

  半島:非凸

  想了半天用什么來表達亞連續(xù)(semi-continuity),好像只能用瀑布了。稍微具體點的話,李普希茲連續(xù)就是說,一塊地不僅沒有河流什么的玩意兒阻隔,而且這塊地上沒有特別陡的坡。其中最陡的地方有多陡呢?這就是所謂的李普希茲常數(shù)。懸崖的出現(xiàn)導致最陡的地方有“無窮陡”,所以不是李普希茲連續(xù)。

  利普希茨連續(xù)不就是函數(shù)上任意兩點連線的斜率是有界的嗎?也就是斜率不能無窮大??紤]f(x)=sqrt(x)這個函數(shù)雖然在(0,+無窮)上一致連續(xù),但是兩點間斜率可以無限大,因此不是利普希茨連續(xù)。

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