很多人倒在了第一章‘集合论’。不是因为逻辑有多深奥,而是因为符号太吓人,定义太抽象。原本微积分里那种“算个数”的快乐没了,
取而代之的是无穷无尽的 ⋃⋃(并集)、⋂⋂(交集)以及让人头秃的“上下限集”。
今天不背定义,把教科书扔一边,把实变函数的集合论基础和运算逻辑盘一遍。
这篇内容适合考研党、数学系苦主以及想挑战思维极限的勇士,期末复习或是被概念卡住时随时拿出来“救命”。
一、 观念转变:从“切香肠”到“数沙子”
微积分处理的是连续的东西,就像切香肠,切得越细越好。
实变函数不一样,它是把东西打碎了研究。
在实变函数里,所有的图形、区间、函数,本质上都是点集(Points Set)。
* (0, 1)是一个集合。
* 所有的有理数是一个集合。
* 连你画的一条函数曲线,也是一个点的集合。
实变函数的第一课就是告诉你: 别管它长什么样,先把它们看成一堆散落在实数轴上的“点”。
我们的任务,就是研究这堆点是怎么“抱团”的,以及这堆点到底占了多大地方(这就引出了后面的“测度”)。
二、 基础运算:并、交、差、补(热身运动)
这部分大家高中都学过,但我们换个角度理解:
1. 并集 (∪∪): 相当于逻辑上的 “或” (OR)。
2. 交集 (⋂⋂): 相当于逻辑上的 “且” (AND)。
⚠️ 必须要会的 De Morgan 公式(德·摩根律):
这公式长得挺烦,其实就一句话:“取补集之后,符号要反转”。
三、 进阶噩梦:无穷大的并与交
实变函数的第一个门槛来了:可列无穷多个集合的运算。
这时候别去想具体的数字,要用“动态”的眼光看:
四、 终极BOSS:集合的上限集与下限集
这是整章最难理解,很多书上写得云山雾罩,拆解。
看着头晕?看这个神翻译:
上限集 = { 发生了“无穷多次”的事件 }
通俗解释:
关键词: 藕断丝连,频频出现。
神翻译:
下限集 = { “最终一直”都在的事件 }
通俗解释:
关键词: 浪子回头,最终稳定。
3. 它们的关系(包含关系)
下限集 ⊂⊂ 上限集
为什么?
4. 极限集
如果 上限集 = 下限集,我们就说这个集合序列`收敛’,有极限。
这就好比一个人,如果他“频频出现”的状态和“最终稳定”的状态是一样的,那他的行为就是可预测的。
五、
你看完可能会问:“这堆并啊交啊的,到底有啥用?”
这其实是在为后面的“测度论”打地基。
* 我们想量长度(测度)。
* 好的集合(如区间)很容易量。
* 烂的集合(如全是散点的集合)很难量。
* 我们需要用这些运算(并、交、补、极限),把简单的集合拼凑、逼近成复杂的集合,从而算出那些复杂图形的“面积”或“体积”。
(脑图版)[微笑][微笑][微笑][微笑]
1. 基本运算: 别忘了德·摩根律(翻转一切)。
2. 无穷并/交: 一个是“只要有一次”,一个是“必须次次有”。
3. lim sup(上限集):只要出现无穷多次(常客)。
4. liminf (下限集): 只要最终一直都在(住客)。
5. 包含关系: 住客 ⊂⊂常客。
[微笑][微笑][微笑][微笑][微笑][微笑]
实变函数确实难,因为它反直觉。但只要你把这些冰冷的符号还原成动态的过程(出现、消失、最终稳定),你会发现它其实有着严密的逻辑美感。
下次做题卡住时,哪怕只看一眼那个“神翻译”,也能瞬间回血!
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