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Desarrollo del análisis "clásico" en espacios métricos y espacios vectoriales normalizados

La mayoría de los textos de introducción al análisis comienzan estudiando las propiedades de la recta real y (ya sea por hipótesis o por construcción) afirman que $\mathbb{R}$ es un campo completo y totalmente ordenado. Todo el análisis parece entonces fluir de estos preceptos. Por otro lado, los propios espacios métricos pueden ser completos y totalmente ordenados y para desarrollos de mayor dimensión se pueden considerar los espacios de Banach. Así que, aparte de por razones motivadoras y pedagógicas, ¿hay alguna necesidad de desarrollar realmente el análisis en el contexto de $\mathbb{R}$ / $\mathbb{R}^n$ en lugar de espacios métricos/Banach completos? ¿Hay resultados que sean exclusivos de $\mathbb{R}$ / $\mathbb{R}^n$ que no pueden desarrollarse en espacios métricos/Banach completos? Por supuesto, todo lo que es cierto sobre estos espacios abstractos es cierto sobre $\mathbb{R}$ / $\mathbb{R}^n$ pero, ¿se puede decir lo contrario?

Actualización: Desde que hice esta pregunta, he encontrado una referencia que da una muy buena comparación entre los espacios métricos/normados y $\mathbb{R}^n$ . Se encuentra en las páginas 150 - 152 del Análisis Clásico Elemental de Marsden (1ª Ed). Aunque el texto en sí no desarrolla todo con total generalidad (¡de ahí el título de Análisis Clásico!), los cuadros de estas páginas enumeran los resultados del texto e indican si se mantienen en espacios abstractos y señala qué restricciones hay que poner en un espacio para que un resultado dado sea válido.

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Panagiotis Korros Puntos 3073

Hay toneladas de resultados que son específicos para $R^n$ e incluso más que son específicos para $R$ (aunque muchas cosas también funcionan en espacios de Banach...)

En general $R^n$ disfruta de las propiedades de la dimensión finita: toda aplicación lineal es continua (eso no es cierto para la diferencial en el espacio $C^{1}$ por ejemplo), todo conjunto cerrado acotado es compacto (no es cierto en absoluto en dimensión infinita y es la principal motivación de las topologías débiles), etc. Además, tenemos una medida maravillosa en esos espacios: la medida de Lebesgues (es invariante bajo isometrías, regular, sigma finita, boreliana... ¡lo que sea!). Esto se pierde en la dimensión infinita, y por lo tanto se pierde todo lo relacionado con la integral, como la transformada de Fourier o las distribuciones.

$R$ tiene dos características principales adicionales: es un campo y está completamente ordenado, con la propiedad sup (que es casi tan importante como la completitud). Se pierde el sentido de las funciones monótonas, por ejemplo, en cuanto se consideran funciones definidas sobre cualquier otra cosa que no sea la recta real.

Lo que funciona en los espacios de Banach es, a grandes rasgos, el cálculo diferencial: ecuaciones diferenciales, teoremas inversos locales, diferenciales...

Estos son sólo algunos ejemplos, pero creo que su pregunta es esencialmente lo que motiva casi todo en el análisis ;)

EDIT : en cuanto a los espacios métricos abstractos, algunas cosas como la convolución requieren una estructura de grupo. pero tampoco quiero decir que nada puede hacerse en entornos más abstractos...

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Matthew Scouten Puntos 2518

Tal vez le interese el libro "Advanced Calculus" de Loomis y Sternberg, que desarrolla la mayor parte posible de este material desde un punto de vista general del espacio lineal normado.
No lo recomiendo necesariamente como libro de texto (aunque, de hecho, fue el texto del primer curso de matemáticas que tomé como estudiante en la Universidad de Chicago, impartido por Max Jodeit).

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sam Puntos 95

En los comentarios alguien ya mencionó a Bourbaki. En Topología General definen y desarrollan la teoría necesaria sobre $\mathbb{R}$ y también en ese libro cubren los espacios métricos (como caso especial de los espacios uniformes). En Topological Vector Spaces cubren los espacios normados y los espacios de Banach como casos especiales.

El inconveniente de este bello enfoque es que requiere mucho tiempo y esfuerzo antes de llegar a algún sitio. Una buena alternativa es el Tratado de Análisis de Dieudonné, especialmente el primer volumen. Trata el análisis en $\mathbb{R}$ y espacios métricos (general, la topología de conjuntos de puntos se hace en el segundo volumen), y luego los espacios generales de Banach.

(Tenga en cuenta que necesita algunas cosas sobre $\mathbb{R}$ antes de los espacios métricos y los espacios normados, ya que aparece en la propia definición de "métrico" y "norma").

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Avi Flax Puntos 14898

Un texto de análisis muy bueno y barato en el nivel superior de licenciatura Rudin-Apostol-Pugh que cubre completamente el cálculo en espacios de Banach y en espacios nornados generales es el libro de Kenneth Hoffman Análisis en el espacio euclidiano . En este libro, Hoffman es muy cuidadoso al mostrar lo que funciona en el espacio euclidiano y lo que no se generaliza fácilmente a espacios normados arbitrarios. De hecho, es el único libro que conozco que desarrolla el análisis real sólo en espacios normados y apenas menciona los espacios métricos o topológicos. Es un enfoque fascinante y creo que responderá a muchas de tus preguntas.

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