Учебная программа для специальности (рабочий

Вид материалаПрограмма

Содержание


Одобрена и рекомендована к утверждению на заседании Совета факультета математики и информатики
Пояснительная записка
1.2. Формы и методы обучения и воспитания
1.4. Требования к компетентности (согласно образовательного стандарта специальности)
1.5. Распределение общих и аудиторных часов по семестрам
Содержание учебного материала
Требования к курсовой работе (проекту)
3.2. Объем задания
4. Учебно-методическая карта дисциплины
Основная литература
Дополнительная литература
5.2. Перечень средств диагностики результатов учебной деятельности
6. Протокол согласования учебной программы
Название дисциплины, с которой требуется согласование
Дополнения и изменения к учебной программе
Подобный материал:
Ф 27-019

Учреждение образования

Гродненский государственный университет имени Янки Купалы”

УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
математики и информатики____

___________________ Е.Н. Ливак

«___» _______ 20 г.


Регистрационный № УД- _____/р.






ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ




Учебная программа для специальности

(рабочий вариант)

I - 31 03 01-02 математика»


Факультэт

Математики и информатики




(назва факультэта)

Кафедра

Теории функций, функционального анализа и прикладной математики

Курс

3, 4


Семестр

5, 6, 7





Лекции ______110_______

(количество часов)

Экзамен ___6,7_____

(семестр)

Практические (семинарские)

занятия ____110_________

(количество часов)


Зачёт ___5_____

(семестр)

Лабораторные

занятия _____________

(количество часов)


Курсовая работа (проект)___



Всего аудиторных часов

по дисциплине ____220________

(количество часов)




Всего часов

по дисциплине _____340_______

(количество часов)

Форма получения

высшего образования очная

Составил Мисюк В.Р. канд. физ.-мат. наук, доцент





2011 г.



Учебная программа (рабочий вариант) составлена на основе типовой программы ТД-G 217/тип. от 04.08.2009

____________________________________________________________

(название типовой учебной программы (учебной программы), дата утверждения, регистрационный номер)


Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта на заседании кафедры теории функций, функционального анализа и прикладной математики


23 мая 2011 г., протокол N° 5
Заведующий кафедрой

________ Ю.М. Вувуникян

(И.О.Фамилия)



Одобрена и рекомендована к утверждению на заседании Методической комиссии по специальности (ям)
24 мая 2011 г., протокол N°_6_
Председатель

_________Н.П. Макарова(И.О.Фамилия)


Одобрена и рекомендована к утверждению на заседании Совета факультета математики и информатики



25 мая_2011 г., протокол N°5
Учёный секретарь


_______________ _____________________

(И.О.Фамилия)



  1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



    1. 1.1 Цель преподавания дисциплины


Формирование фундаментальных знаний и практических навыков применения методов функционального анализа в научных и практических приложениях


1.2. Формы и методы обучения и воспитания

Лекции

Самостоятельная работа

Работа в группах


1.3 Рекомендации по организации самостоятельной работы студентов

- Изучение основных теоретических положений курса.

- Освоение практических навыков применения методов функционального анализа.

Самостоятельная работа студентов может быть реализована на лабораторных занятиях (с непосредственной консультационной поддержкой преподавателя),


1.4. Требования к компетентности (согласно образовательного стандарта специальности)


В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

знать: основные понятия теории метрических пространств, теории меры, теории интеграла Лебега, теории нормированных пространств и линейных операторов в нормированных пространствах.

уметь: доказывать свойства основных понятий теории метрических пространств, теории меры, теории интеграла Лебега, теории нормированных пространств и линейных операторов в нормированных пространствах.

владеть навыками: вычисления меры и интеграла Лебега, нормы ограниченного линейного оператора, резольвентного множества и спектра, решения интегрального уравнения Фредгольма второго рода с вырожденными ядрами.

Быть компетентным: в исследовании на разрешимость корректность разрешимости уравнения Ах=у с линейным непрерывным оператором А; в использовании основных понятий функционального анализа при изучении других математических дисциплин.


1.5. Распределение общих и аудиторных часов по семестрам

Распределение нагрузки по семестрам

5 семестр: 36 ч. – лекции, 36 ч. – практика,

6 семестр: 30 ч. – лекции, 30 ч. – практика,

7 семестр: 44 ч. – лекции, 44 ч. – практика

  1. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА



п/п

Наименование

раздела, темы дисциплины

Содержание в соответствии с учебной программой




Введение




1

Метрическое пространство

Метрическое пространство. Неравенство Гельдера и Минковского. Сходящиеся последовательности в метрическом пространстве. Полные метрические пространства. Теорема о пополнении метрических пространств. Непрерывные отображения. Полнота пространства ℓp. Неполнота пространства Rp[a,b]. Теорема о вложенных шарах. Теорема Бэра о категориях. Теорема Банаха о нигде не дифференцируемых функциях. Принцип сжимающих отображений.

2

Теория меры

Система множеств. Кольцо, порожденное полукольцом. Сигма-алгебра. Элементы теории множеств. Кольцо и алгебры множеств. Мера на полукольце. Продолжение меры с полукольца на минимальное кольцо. δ- аддитивная мера. Верхняя мера. Мера Лебега. Класс измеримых по Лебегу множеств. Мера Лебега в . Борелевские множества. Множества меры нуль.

3

Измеримые функции и теория интегралов Лебега

Измеримые функции и их свойства. Сходимость почти всюду и сходимость по мере. Теорема Лебега, Рисса, Егорова и Лузина об измеримых функциях. Простые функции и определение интеграла Лебега. Свойства интеграла Лебега (линейность, монотонность, δ-аддитивность). Предельный переход под знаком интеграла Лебега. Сравнение интегралов Лебега и Римана. Пространство Lp и его полнота. Произведение мер. Теорема Фубини.

4

Интеграл Римана-Стилтьеса

Монотонные функции. Дифференцирование монотонных функций. Функции ограниченной вариации. Канторова лестница. Сингулярные и абсолютно непрерывные функции. Интеграл Римана-Стилтьеса и его свойства.

5

Векторные пространства.

Примеры векторных пространств, линейные функционалов и линейных отображения векторных пространств. Прямое произведение векторных пространств. Сумма ВП и фактор-пространство ВП. Нормированные пространства. Основные определения и свойства. Сходящиеся и фундаментальные последовательности в НП. Ряды в НП. Примеры НП

6

Линейные операторы и функционалы в НП.

Линейные непрерывные операторы в НП. Ограниченные линейные операторы. Теорема о связи между непрерывностью и ограниченностью линейного оператора. Ограниченные линейные функционалы. Норма оператора и ее свойства. Виды сходимости в сопряженном пространстве. Виды сходимости в пространстве линейных непрерывных операторов. Полнота пространства линейных непрерывных операторов и сопряженного пространства. Равномерная ограниченность и равномерная непрерывность последовательности операторов. Полунормы и их свойства. Выпуклые множества и их свойства. Теорема Хана-Банаха (общий случай). Теорема Хана-Банаха в НП.

7

Элементы спектральной теории операторов.

Обратные операторы. Теорема о непрерывной обратимости оператора I-A. Теорема об открытости множества непрерывных обратимых операторов. Резольвентное множество. Спектр оператора и его свойства. Теорема Банаха об обратимом операторе

8

Гильбертово пространство.

Гильбертово пространство. Определение евклидового пространства. Примеры евклидовых пространств. Неравенство Буняковского–Коши–Шварца Ортогональные системы. Теорема Пифагора. Существование ортонормированного базиса в сепарабельном евклидовом пространстве.

9

Интегральные уравнения.

Интегральные уравнения Вольтера и Фредгольма I и II родов. Полная непрерывность оператора Фредгольма в пространстве квадратично-суммируемых функций и пространстве непрерывных функций.

10

Топологические векторные пространства

Определение топологического векторного пространства. Существование в ТВП базиса из уравновешенных множеств. Секвенциальная полнота. Аксиомы отделимости. Теорема о регулярности отделимого ТВП. Определение Колмогорова-фон Неймана ограниченного множества в ТВП. Линейные непрерывные операторы в ТВП. Теорема об ограниченности линейного непрерывного оператора в ТВП. Примеры ТВП.

11

Локально выпуклые пространства.

Определение ЛВП. Примеры ЛВП. Существование в ЛВП базиса из бочек. Бочечные пространства. Определяющая система преднорм. Примеры определяющих семейств. Метризуемые ЛВП.

12

Пространство основных функций. Обобщённые функции.

Финитные функции и их свойства. Основные функции. Определение топологии пространства основных функций. Ограниченные множества в пространстве основных функций. Критерий ограниченности множества в пространстве D. Определение обобщённой функции. Примеры обобщённых функций. Дифференцирование обобщённых функций. Примеры. Первообразная и интеграл от обобщённых функций. Преобразование Фурье в пространстве основных и обобщённых функций.


3 . ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ (ПРОЕКТУ)1


3.1. Цель курсовой работы (проекта) по дисциплины

______________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________


3.2. Объем задания2

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________


3.3. Примерная тематика курсовых работ (проектов)


Приближения функций в различных функциональных пространствах

___

4. Учебно-методическая карта дисциплины





Номер недели

Темы занятий

Вопросы, которые изучаются

на занятиях

Занятия (часы)


Матэрыяльнае забяспячэнне заняткаў

Літаратура

Форма кантроля знаний










лекции

практич. семинар

лабораторные

Контролир. самост. работа




1

2

3

4

5

6

7

1

Метрическое пространство

Определение метрического пространства. Неравенство Гельдера и Минковского. Сходящиеся последовательности в метрическом пространстве.

2

2







Презентация №1







2

Полные метрические пространства

Полные метрические пространства. Теорема о пополнении метрических пространств. Непрерывные отображения.

2

2







Презентация №2,3







3

Критерий полноты метрического пространства

Полнота пространства ℓp. Неполнота пространства Rp[a,b]. Теорема о вложенных шарах.




2






Презентация №4







4

Категории множеств в метрическом пространстве

Теорема Бэра о категориях. Теорема Банаха о нигде не дифференцируемых функциях.

2

2







Презентация №5







5

Принцип сжимающих отображений.

Принцип сжимающих отображений и основные примеры.

2

2







Презентация №6







6

Элементы теории множеств.

Система множеств. Кольцо, порожденное полукольцом. Кольцо и алгебры множеств. Сигма алгебры.

4

4







Презентация №6







7

Мера на системах множеств

Мера на полукольце. Продолжение меры с полукольца на минимальное кольцо. Ϭ- аддитивная мера. Верхняя мера

4

2







Презентация №7







8

Измеримые по Лебегу множества

Мера Лебега. Класс измеримых по Лебегу множеств. Мера Лебега в . Борелевские множества. Множества меры нуль.

4

4







Презентация №8







9

Измеримые функции

Измеримые функции и их свойства. Сходимость почти всюду и сходимость по мере. Теорема Лебега, Рисса, Егорова и Лузина об измеримых функциях

2

4






Презентация №9







10

Интеграл Лебега от простых функций

Простые функции и определение интеграла от простых функций Лебега. Свойства интеграла Лебега от простых функций.

2

2







Презентация №10,11







11

Функции, суммируемые по Лебегу.

Общее определение интеграла Лебега и его корректность. Свойства интеграла Лебега (линейность, монотонность, Ϭ-аддитивность, абсолютная непрерывность и т.д.).

2

2







Презентация №10,11







12

Предельный переход под знаком интеграла Лебега

Теоремы Лебега, Леви, Фату о предельном переходе под знак интеграла Лебега. Интеграл Лебега по множеству бесконечной меры. Сравнение интегралов Лебега и Римана.

2

2







Презентация №12







13

Пространство Лебега.

Пространство Lp и его полнота. Произведение мер. Теорема Фубини.

4

4







Презентация №13







14

Монотонные функции и функции ограниченной вариации

Монотонные функции и их точки разрыва. Функция скачков и связь со свойством монотонности функции. Дифференцирование монотонных функций. Функции ограниченной вариации и их свойства. Канторова лестница и понятие сингулярной функции.

2

2







Презентация №14







15

Абсолютно непрерывные функции. Интеграл Римана-Стилтьеса.

Абсолютно непрерывные функции и теорема вложения. Неопределённый интеграл Лебега. Определение интеграла Римана-Стилтьеса и его свойства.

2

2







Презентация №15,16







16

Векторные пространства. Линейные отображения векторных пространств Прямое произведение векторных пространств. Сумма ВП и фактор-пространство ВП.

Примеры векторных пространств, линейные функционалов и линейных отображения векторных пространств. Введение векторной структуры в прямом произведении

2

2







Презентация №17







17

Нормированные пространства. Основные определения и свойства.

Свойства нормированных пространств

2

2







Презентация №18







18

Сходящиеся и фундаментальные последовательности в НП. Ряды в НП.

Свойства сходящихся и фундаментальных последовательностей. Абсолютно сходящиеся ряды в НП

2

2







Презентация№19







19

Примеры НП

Примеры пространств последовательностей, непрерывных и непрерывно- дифференцируемых функций

2

2







Презентация№19







20

Линейные непрерывные операторы в НП. Ограниченные линейные операторы. Теорема о связи между непрерывностью и ограниченностью линейного оператора. Ограниченные линейные функционалы.

Основные свойства непрерывных и ограниченных операторов

2

2







Презентация№19







21

Норма оператора и ее свойства. Виды сходимости в сопряженном пространстве. Виды сходимости в пространстве линейных непрерывных операторов.

Оценка и вычисление норм конкретных операторов

2

2







Презентация№20







22

Полнота пространства линейных непрерывных операторов и сопряженного пространства.

Полнота сопряженного пространства

2

2







Презентация№21







23

Теорема Банаха-Штейнгауза (принцип равномерной ограниченности). Теорема о непрерывности предела сильно сходящейся последовательности линейных непрерывных операторов.

Равномерная ограниченность и равномерная непрерывность последовательности операторов




2






Презентация№22







24

Полунормы и их свойства. Выпуклые множества и их свойства. Теорема Хана-Банаха (общий случай)

Шар по полунорме и его свойства. Функционал Минковского

2

2







Презентация№23







25

Теорема Хана-Банаха в НП.

Теорема о достаточном числе линейных непрерывных функционалов.

2

2







Презентация№24







26

Обратные операторы. Теорема о непрерывной обратимости оператора I-A. Теорема об открытости множества непрерывных обратимых операторов.

Левые и правые обратные операторы.

2

2







Презентация№25







27

Теорема об операторах, удовлетворяющих энергетическим неравенствам

Примеры операторов, удовлетворяющих энергетическим неравенствам




2
















28

Теорема Банаха об обратимом операторе

Сравнение норм

2

2
















29

Резольвентное множество. Спектр оператора и его свойства. Пример.

Теорема о свойствах резольвентного множества

2

2
















30

Определение евклидового пространства. Примеры евклидовых пространств

Неравенство Буняковского–Коши–Шварца

2

2







Презентация№26







31

Ортогональные системы. Теорема Пифагора. Существование ортонормированного базиса в сепарабельном евклидовом пространстве

Ортогонализация Гильберта-Шмидта

2

2







Презентация№27







32

Классификация линейных интегральных уравнений. Оператор Фредгольма и его свойства.

Интегральные уравнения Вольтера и Фредгольма I и II родов

2

2
















33

Полная непрерывность оператора Фредгольма в пространстве квадратично-суммируемых функций и пространстве непрерывных функций

Относительно компактные множества и компактные операторы. Теорема о компактности равномерно сходящещейся последовательности компактных операторов

2

2
















34

Композиции операторов Фредгольма. Степени операторов Фредгольма.

Свертка ядер операторов Фредгольма

2

2
















35

Построение резольвентной функции и решение с её помощью интегрального уравнения Фредгольма второго рода. Интегральные уравнения Фредгольма второго рода с вырожденными ядрами.

Операторный ряд Неймана и достаточные условия его сходимости. Решение интегральных уравнений Вольтерра и Фредгольма с помощью резольвентной функции

2

4
















36

Сопряжённые операторы Фредгольма. Эрмитовы ядра. Решение интегральных уравнений Фредгольма с эрмитовыми ядрами.

Применение теоремы Гильберта-Шмидта к решению интегральных уравнений

4

4
















37

Определение топологическоговекторного пространства.

Система окрестностей нуля в ТВП. Базисы окрестностей нуля. Поглощающие множества в векторных пространствах. Свойство поглощаемости окрестности нуля в ТВП.

4

2
















38

Существование в ТВП базиса из уравновешенных множеств. Секвенциальная полнота.

Уравновешенные множества и их свойства. Сходящиеся и фундаментальные последовательности в ТВП.

2

2
















39

Аксиомы отделимости. Теорема о регулярности отделимого ТВП.

Хаусдорфовость отделимого ТВП


2



















40

Определение Колмогорова фон Неймана ограниченного множества в ТВП. Линейные непрерывные операторы в ТВП. Теорема об ограниченности линейного непрерывного оператора в ТВП. Примеры ТВП,

Борнология. Свойства борнологий. Линейные непрерывные операторы и функционалы в ТВП. Ограниченные линейные операторы.

4

2
















41

Определение ЛВП. Примеры ЛВП. Существование в ЛВП базиса из бочек. Бочечные пространства.

Выпуклые множества и их свойства. Абсолютно выпуклые, центральные множества и бочки. Шары по преднорме. Теоремы о свойствах шара по преднорме.

2



















42

Определяющая система преднорм. Примеры определяющих семейств

Функционал Минковского и его свойства. Построение топологии с помощью определяющего семейства преднорм.

2

2
















43

Метризуемые ЛВП.

ЛВП со счётным определяющим семейством преднорм.

2



















44

Финитные функции и их свойства. Основные функции. Определение топологии пространства основных функций.

Носитель непрерывной функции. Пример С.Л. Соболева основной функции.

2

2
















45

Ограниченные множества в пространстве основных функций. Критерий ограниченности множества в пространстве D.

Характеризация сходящихся и фундаментальных последовательностей основных функций. Секвенциальная полнота пространства D.

2

4
















46

Определение обобщённой функции. Примеры обобщённых функций.

Операции над обобщёнными функциями.




4















47

Дифференцирование обобщённых функций. Примеры. Первообразная и интеграл от обобщённых функций.

Производные высших порядков от обобщённых функций.

2

4
















48

Преобразование Фурье в пространстве

основных и обобщённых функций.

Преобразование Фурье в пространствах S, D, , .

2

4






















ИТОГО

102

110
















5. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ


5.1. Перечень рекомендуемой литературы

Основная литература

  1. Садовничий В.А. Теория операторов. – М.: МГУ, 1986.
  2. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. – М.: Наука, 1972. – 496с.
  3. Рудин У. Функциональный анализ. – М.: Мир, 1975. – 448с.
  4. Люстерник Л.А., Соболев В.И. Краткий курс функционального анализа. – М: Высшая шк., 1982.
  5. Канторович Л.В., Акилов Г.П. Функциональный анализ. – М.: Наука,1984. –752с.
  6. Данфорд Н., Шварц Дж.Т., Линейные операторы. Общая теория. – М.: Изд. ин. лит., 1962. – 896 с.
  7. Эдвардс Р. Функциональный анализ: Теория и приложения. – М.: Мир, 1969. – 1071с.
  8. Антоневич А.Б., Радыно Я.В. Функциональный анализ и интегральные уравнения. – Минск: Изд. университетское, 1984. – 352с.
  9. Антоневич А.Б., Князев П.Н., Радыно Я.В. Задачи и упражнения по функциональному анализу. – Минск: Высшая шк., 1978. – 206 с.
  10. Вувуникян Ю.М. Обобщённые функции и преобразование Фурье. – Гродно: ГрГУ, 1983. – 37 с.
  11. Вувуникян Ю.М. Методические указания по разделу «Основы теории обобщённых функций» курса « Функциональный анализ и интегральные уравнения» для студентов специальности 01.01. – Гродно: ГрГУ, 1988. – 48с.
  12. Вувуникян Ю.М. Методические указания по курсу « Функциональный анализ и интегральные уравнения» для студентов специальности 2013. – Гродно: ГрГУ, 1986. – 45с.
  13. Антоневич А.Б., Вувуникян Ю.М., Забрейко П.П. и др. Методические указания к лабораторным работам по курсу « Функциональный анализ и интегральные уравнения» для студентов специальности 01.01. – Гродно: ГрГУ, 1986. – 64 с.



Дополнительная литература

  1. Бурбаки Н. Топологические векторные пространства. – М.: Изд. ин. лит-ра, 1959. – 410с.
  2. Владимиров В.С. Обобщённые функции в математической физике. – М.: Наука, 1076. – 280с.
  3. Владимиров В.С. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1981. – 512с.
  4. Гельфанд И.М., Шилов Г.В. Обобщённые функции. – М.: Физматгиз, 1958, - Т.1. – 440с.
  5. Дьедонне Ж. Основы современного анализа. – М.: Мир, 1964. – 432 с.
  6. Иосида К. Функциональный анализ. – М.: Мир, 1967. – 624с.
  7. Катран А. Дифференциальное исчисление, дифференциальные формы. – М.: Мир, 1971. – 392с.
  8. Кирилов А.А., Гвишиани А.Д., Теоремы и задачи функционального анализа. – М.: Наука, 1970. – 384с.
  9. Коллатц Л. Функциональный анализ и вычислительная математика. – М.: Мир, 1969. – 496 с.
  10. Натансон И.П. Теория функций вещественной переменной. – М.: наука, 1974.
  11. Робертсон А., Робертсон В. Топологические векторные пространства. – М.: Наука, 1967. – 260с.
  12. Шефер Х. Топологические векторные пространства. – М.: Мир, 1971. – 360с.
  13. Шилов Г.Е. Математический анализ: Второй специальный курс. – М.: МГУ, 1984. – 208с.



5.2. Перечень средств диагностики результатов учебной деятельности
  1. Проверка индивидуальных заданий.
  2. Контрольные работы
  3. Зачёт.
  4. Экзамен



6. ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ



Название дисциплины, с которой требуется согласование

Название кафедры

Предложения об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине

Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу

(с указанием даты и номера протокола)3

1.Мат анализ. ТФКП

МА, ТФФА




Утверждаем Пр №5 от 23.05.2011

2. аналитическая геометрия

АГиМПМ, ТФФА




Утверждаем Пр №5 от 23.05.2011



  1. ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ

на ____ / _____ учебный год




п/п

Дополнения и изменения

Основание







































Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

(протокол № __ от _______ 20__ г.)


Заведующий кафедрой
доктор физ.-мат. навук, доцент ______________ Ю.М. Вувуникян



УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
кандидат тех.наук, доцент___ ______________ Е.Н. Ливак

(степень, звание) (И.О.Фамилия)





1 Если учебным планом учреждения высшего образования по специальности (направлению специальности, специализации) предусмотрено выполнение курсовой работы (проекта) по данной дисциплине.

2 Включая количество часов на выполнение курсовой работы (проекта) в соответствии с учебным планом по специальности (направлению специальности, специализации).

3 При наличии предложений об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине