Рабочая программа дисциплины математический анализ направление подготовки 010100 Математика

• Название: Рабочая программа дисциплины математический анализ направление подготовки 010100 Математика
• Дата: 16.05.2023
• Размер: 75.9 Kb.
• Имя файла: MA_Potapov.docx
• Тип: Рабочая программа; #1136154
• страница: 2 из 3

Раздел 2. Дифференциальное исчисление функций одной переменной (32 часа)

10. Дифференцирование.

10.1. Дифференцируемая функция. Понятие функции, дифференцируемой в точке. Дифференциал. Задача линейного приближения. Определение производной функции одной переменной. Геометрический смысл понятия производной. Касательная.

10.2. Основные правила дифференцирования. Дифференцирование и арифметические операции. Дифференцирование суперпозиции и обратной функции. Таблица производных основных элементарных функций. Дифференцирование неявно заданной функции, а также функции, заданной параметрически.

10.3. Производные высших порядков. Определение. Существование производных высших порядков суммы, произведения, частного, суперпозиции и обратной функции. Формула Лейбница. Классы D^k и C^k.

10.4. Основные теоремы дифференциального исчисления. Теоремы Ферма, Ролля, Лагранжа о конечных приращениях, Коши.

10.5. Формула Тейлора. Формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано. Представления остаточного члена в формуле Тейлора в форме Лагранжа и Коши. Формула Тейлора суммы, произведения и композиции функций.

11. Применения дифференциального исчисления.

11.1 Равномерная непрерывность, модуль непрерывности и теорема Кантора. Признак равномерной непрерывности дифференцируемой функции.

11.2. Правило Лопиталя раскрытия неопределенностей.

11.3. Исследование функций методами дифференциального исчисления. Дифференциальный признак монотонности функции. Условие внутреннего экстремума функции (необходимое условие экстремума дифференцируемой функции, достаточные условия). Понятие выпуклой функции. Дифференциальные признаки выпуклости функции. Точка перегиба функции. Построение графика функции.

11.4. Классические неравенства анализа. Неравенства Йенсена, Коши, Юнга, Г\"ельдера и Минковского.
Раздел 3. Числовые ряды(8 часов)
12. Знакопеременные ряды.

12.1. Условная сходимость. Абсолютная и условная сходимость. Неравенство Абеля (суммирование по частям). Признаки Абеля, Дирихле, Лейбница. Примеры неабсолютно сходящихся рядов.

12.2. Преобразования рядов. Перестановки и группировки абсолютно сходящегося ряда. Теорема Римана о перестановках условно сходящихся рядов.

12.3. Суммируемые семейства. Определение и свойства. Умножение абсолютно сходящихся рядов.

12.4. Комплексные числа. Совокупность комплексных чисел. Модуль и аргумент комплексного числа. Геометрическое представление. Определение предела функции комплексной переменной.

12.5. Степенные ряды. Понятие степенного ряда. Радиус сходимости степенного ряда. Формула Коши --- Адамара для радиуса сходимости степенного ряда. Ряд экспоненты.

Формула Эйлера.
II СЕМЕСТР

Раздел 4. Интегрирование (32 часов)

4.1. Неопределенный интеграл. Первообразная и неопределенный интеграл. Их свойства. Таблица основных интегралов. Основные общие приемы отыскания первообразной. Замена переменных и интегрирование по частям. Первообразные рациональных функций. Первообразные тригонометрических функций и некоторых алгебраических функций.

4.2. Определенный интеграл. Определение пространства интегрируемых по Риману функций и интеграла Римана. Свойства интеграла Римана. Интеграл как аддитивная функция промежутка интегрирования.

4.3. Классы интегрируемых функций. Критерий интегрируемости в терминах колебаний. Интегрируемость непрерывной функции. Интегрируемость ограниченной функции, имеющей конечное число точек разрыва. Интегрируемость монотонной функции. Дифференцирование функции верхнего предела.

4.4. Критерий интегрируемости Лебега. Определение множества меры нуль. Свойства множеств меры нуль. Теорема Лебега о функциях, интегрируемых по Риману. Обобщённая первообразная.

4.5. Основные формулы интегрального исчисления. Формула Ньютона –Лейбница. Формулы интегрирования по частям и замены переменных. Интегральные суммы Римана. Теорема о сходимости интегральных сумм к интегралу Римана. Формула прямоугольников. Формула Тейлора с остатком в интегральной форме. Первая и вторая теоремы о среднем.

4.6. Некоторые приложения интеграла. Аддитивная функция ориентируемого промежутка и интеграл. Длина пути. Площади геометрических фигур. Объем тела вращения.

4.7. Несобственный интеграл. Определения, примеры и основные свойства несобственных интегралов. Критерий сходимости несобственных интегралов. Интегральный признак сходимости ряда. Абсолютная и условная сходимость несобственных интегралов. Исследование сходимости несобственных интегралов. Признак сравнения. Признаки сходимости Абеля и Дирихле.

Раздел 5. Функциональные ряды. (14 часов)
5.1. Бесконечные произведения. Определение сходимости бесконечного произведения. Признаки сходимости. Формула Валлиса. Формула Стирлинга.

5.2. Последовательности и ряды функций. Понятие функционального ряда. Поточечная и равномерная сходимости. Примеры. Критерий Коши равномерной сходимости. Признак Вейерштрасса равномерной сходимости. Признаки Дирихле и Абеля равномерной

сходимости. Равномерная сходимость и непрерывность.

5.3. Теорема о перестановке пределов.Равномерная сходимость и непрерывность. Теорема Дини о равномерной сходимости монотонной последовательности непрерывных функций. Теорема об интегрировании ряда. Теорема о дифференцировании суммы ряда.

5.4. Степенные ряды. Понятие степенного ряда. Радиус сходимости степенного ряда. Формула Коши - Адамара для радиуса сходимости степенного ряда. Свойства суммы степенного ряда. Операции над степенными рядами. Теорема Абеля о непрерывности степенного ряда на границе круга сходимости.

5.5. Ряд Тейлора. Ряд Тейлора бесконечно дифференцируемой функции. Понятие аналитической функции.

Раздел 6. Метрические пространства (18 часов)

6.1. Определение метрического пространства. Понятие метрической структуры. Примеры. Понятие открытой окрестности и окрестности множества. Точки прикосновения, предельные и изолированные точки по отношению к данному множеству.

Открытые и замкнутые множества и их свойства. Понятие замыкания множества. Понятие границы и ее свойства. Шар как открытое множество. Понятие внутренности множества. Понятие плотного множества. Сепарабельные пространства. Примеры.

6.2. Предел последовательности в метрическом пространстве. Предельная точка последовательности и частичный предел. Фундаментальные последовательности. Полные метрические пространства.

6.3. Непрерывные отображения метрических пространств. Понятие предела функции. Эквивалентные определения. Свойства предела. Критерий Гейне. Теорема о суперпозиции. Элементарные теоремы о продолжении в равенствах и неравенствах. Непрерывные отображения. Понятие гомеоморфных отображений метрических пространств.

6.4. Компактные множества в метрическом пространстве. Свойства компактных множеств. Понятие полной ограниченности. Эквивалентные определения компактных множеств в метрических пространствах. Компактные множества в конечномерных евклидовых пространствах. Теорема о непрерывном образе компактного множества.

Теорема Вейерштрасса об экстремальных значениях.

6.5. Равномерно непрерывные отображения. Теорема Кантора. Теорема о продолжении равномерно непрерывных отображений, определенных на плотном множестве. Пополнение метрического пространства.

6.6. Понятие нормированного пространства. Свойства нормы. Нормы в Rⁿ. Пространства B(E) и Cⁿ (E). Основные топологические понятия в нормированном пространстве: понятия окрестности (свойства), сходимости (свойства). Сходимость в B(E) и равномерная сходимость. Понятие полного пространства. Полнота пространства непрерывных функций в равномерной норме.

6.7. Равномерное приближение непрерывных функций многочленами. Теорема Вейерштрасса.

6.8. Пространство функций интегрируемых по Риману. Неполнота пространства интегрируемых по Риману функций с интегральной нормой. Конструкция канторовских множеств. Их свойства (мера, замкнутость, совершенность, мощность). Пример всюду дифференцируемой функции, производная которой неинтегрируема по Риману.

6.9. Линейная структура в Rⁿ. Rⁿ как векторное пространство. Линейные преобразования

из Rⁿ в Rⁿ. Евклидова структура в Rⁿ . Нормы линейных отображений. Теорема об эквивалентности норм в конечномерном нормированном пространстве.
III СЕМЕСТР

Раздел 7. Дифференциальное исчисление функций многих переменных (продолжение) и основы гладкого анализа (24 часа).

1. Дифференциальное исчисление функций многих переменных

1.1. Дифференциал функций многих переменных. Дифференцируемость и дифференциал функции в точке. Дифференциал и частные производные. Координатное представление дифференциала. Отображения. Матрица Якоби. Непрерывность частных производных и

дифференцируемость функции в точке.

1.2. Основные законы дифференцирования. Линейность операции дифференцирования. Дифференцирование суперпозиции дифференцируемых отображений. Теорема о конечных приращениях. Теорема Эйлера об однородных функциях.

1.3. Производные высших порядков. Свойство симметричности. Мультииндексы. Формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано.

1.4. Техника вычисления производных высших порядков. Дифференциалы высших порядков. Отображения класса C^r и их свойства. Полиномы Тейлора суммы и произведения двух отображений класса C^r.

1.5. Экстремумы. Необходимые и достаточные условия экстремума функции

во внутренней точке области определения.

1.6. Теорема об обратной функции и ее приложения. Теорема об обратной функции. Теорема о дифференциальных свойствах обратного отображения.

Понятие диффеоморфизма класса для открытых множеств в Rⁿ.

1.7. Теорема о неявных функциях. Теорема о выпрямляющем диффеоморфизме.

1.8. Теорема о ранге. Понятие функциональной зависимости системы функций. Необходимые условия зависимости, достаточные условия.
2. Основы гладкого анализа

2.1. Дифференцируемые многообразия в пространстве Rⁿ. Определение. Локальные система координат и параметризация, функция перехода для двух локальных параметризаций.

2.2. Строение множества, определяемого невырожденной системой уравнений в пространстве Rⁿ. Строение множества, определяемого системой уравнений. Примеры.

2.3. Касательное пространство. Определение. Координатное представление.

2.4. Нормальное пространство. Понятие градиента. Базис нормального пространства к многообразию, задаваемому системой уравнений.

2.5. Условные экстремумы. Принцип множителей Лагранжа. Достаточное условие экстремума.
Раздел 8. Интеграл Лебега (48 часов).

3.1. Подготовительные сведения. Понятие дробящейся системы. Примеры (система S^k k-мерных сегментов в Rⁿ). Лемма о дроблении. Понятие меры на дробящейся системе и понятие множества с мерой. Пространство ступенчатых функций. Интегрирование ступенчатых функций. Свойства элементарного интеграла. Принцип исчерпывания. Примеры счетно-аддитивных мер. Элементарная теорема Беппо Леви для ступенчатых функций. Элементарная теорема Фубини для ступенчатых функций.

3.2. Определение интеграла Лебега. Понятие интегральной оценки (внешнего интеграла). Свойства. Понятие интеграла Лебега. Свойства интеграла. Пространство L₁(X;E) суммируемых функций. Пренебрежимые множества и функции. Их свойства. Термин «почти всюду», его свойства.

3.3. Теоремы о предельном переходе для последовательностей интегрируемых функций. Теорема о нормально сходящихся рядах. Следствия (теорема Беппо Леви, теорема Ф. Рисса о полноте). Лемма о верхней огибающей последовательности интегрируемых функций. Теорема Лебега о мажорируемой сходимости. Связь интеграла Лебега с интегралом Римана в пространстве R^k. Критерий интегрируемости по Риману в R^k.

3.4. Измеримые функции. Операции над измеримыми функциями. Теорема об измеримости почти всюду непрерывной функции. Понятие срезки. Лемма о срезке. Признак интегрируемости Лебега. Следствия. Теорема об измеримости предела последовательности измеримых функций. Определение и свойства интеграла неотрицательной измеримой функции. Лемма Фату. Понятия меры и измеримого множества. Совокупность измеримых множества как σ-кольцо. Измеримость множеств Лебега измеримой функции. Характеризация измеримой функции через множества Лебега.

3.5. Теоремы Фубини и Тонелли. Контпримеры. Лемма о повторной норме. Формула Кавальери - Лебега.

3.6. Формула замены переменных в кратном интеграле.

3.7. Свойство регулярности меры Лебега. Борелевские множества и их связь с измеримыми множествами. Поведение меры Лебега относительно изометрических и подобных преобразований. Искажение меры Лебега при линейных невырожденных преобразованиях.

3.8. Лемма о N-свойстве гладкого отображения. Лемма о локальном искажении меры при гладких гомеоморфизмах. Теоремы о замене переменной в интеграле Лебега.

3.9. Объем шара в Rⁿ. Интегрирование особенностей вида |x|^m в Rⁿ в окрестности 0 и ∞.
IV СЕМЕСТР

Раздел 9. Интегралы, зависящие от параметра (16 часов).

1.1. Понятие равномерной интегрируемости семейства функций. Критерий Коши-Больцано равномерной интегрируемости, мажорантный признак, признаки Дирихле и Абеля.

1.2. Общие теоремы о предельном переходе под знаком интеграла и о непрерывности функций, представимыми интегралами, зависящими от параметра. Теоремы о дифференцируемости по параметру (правило Лейбница) и интегрировании интегралов по параметру.

1.3. Гамма и бета функции Эйлера. Область определения, формулы понижения, формулы Эйлера - Гаусса, формула дополнения, связь между эйлеровыми функциями.

1.4. Δ-образные последовательности. Понятие свертки и ее свойства. Определение Δ-образной последовательности. Примеры. Лемма о равномерном приближении. Равномерное приближение непрерывной функции тригонометрическими многочленами.

1.5. Теорема об аппроксимации единицы. Теорема о непрерывности сдвига в L₁(R^k). Теорема об аппроксимации единицы. Средние по Стеклову и Соболевy (свертка функций с ядром Соболева или Стеклова). Гладкость средних функций с гладким ядром. Теорема о плотности C₀^∞(R^k) в L₁(R^k).

1.6. Интегрирование на k-мерных поверхностях. Сведение интеграла по мере Хаусдорфа к интегралу по мере Лебега. Интеграл Лебега в полярной системе координат. Длина кривой, площадь графика функции. Мера на многообразии, площадь поверхности вращения. Элементарная формула коплощади.
Раздел 10. Элементы исчисления внешних дифференциальных форм (24 часа).

2.1. Внешние дифференциальные формы первой степени. Понятие интеграла формы первой степени вдоль гладкого пути. Примеры. Условие независимости интеграла от выбора пути, соединяющего данные точки. Примеры. Координатное представление. Операция переноса, ее свойства. Интегрирование форм первой степени. Свойства интеграла. Формула Ньютона - Лейбница. Формула Грина.

2.2. Понятие внешней дифференциальной формы степени r≥0 на открытом множестве пространства Rⁿ. Примеры и их различные интерпретации, форма Гаусса. Операции над дифференциальными формами. Координатное представление внешних форм. Внешнее произведение дифференциальных форм и его свойства.

2.3. Понятие дифференциала внешней формы. Внешний дифференциал и его свойства. Первая теорема Пуанкаре.

2.4. Гладкие отображения открытых множеств пространства Rⁿ и индуцированные ими преобразования внешних форм. Свойства операции переноса.

2.5. Понятие ориентации k-мерного многообразия в Rⁿ. Индуцированная ориентация края. Критерий ориентируемости дифференцируемого многообразия. Примеры.

2.6. Интегрирование k-форм по k-мерным сингулярным цепям. Определение k-мерного куска многообразия. Свойства. k-мерная цепь. Граница куба как k-мерная цепь. Граница цепи. Интегрирование по k-мерной цепи. Формула Стокса - Пуанкаре.

2.7. Понятие интеграла внешней формы по ориентированному дифференцируемому многообразию. Лемма о разбиении единицы. Определение интеграла. Корректность определения. Признак интегрируемости. Свойства интеграла. Интегральная формула Стокса.

2.8. Векторные поля и дифференциальные формы. Основные понятия векторного анализа.

2.9. Точные и замкнутые формы. Понятие звездной области. Лемма Пуанкаре.

Применения. Интеграл от формы Гаусса. Теорема Брауэра о неподвижной точке.
Раздел 11. Ряды Фурье и преобразование Фурье (24 часа).

3.1. Определение ряда Фурье. Определение ортогональных систем. Примеры.

Коэффициенты Фурье относительно ортогональной системы в гильбертовом пространстве. Тождество и неравенство Бесселя. Полные системы и условие полноты ортогональной системы. Полнота тригонометрической системы в L₂[-π, π]. Теорема о полноте пространства L₂.Теорема о разложении элемента гильбертова пространства по полной ортонормированной системе. Равенство Парсеваля.

3.2. Поточечная сходимость ряда Фурье. Лемма Римана - Лебега. Ядро Дирихле, его свойства. Принцип локализации. Условие Дини. Примеры. Достаточное условие сходимости ряда в точке. Примеры. Изопериметрическое свойство круга.

3.3. Преобразование Фурье. Определение преобразования Фурье и интеграла Фурье. Свойства преобразования Фурье. Примеры. Достаточные условия представимости функции ее интегралом Фурье. Нормированное преобразование Фурье. Гладкость функции и скорость убывания ее преобразования Фурье. Пространство быстроубывающих функций (свойства). Формула обращения. Равенство Парсеваля. Преобразование Фурье и решение дифференциальных уравнений.