从具体的数学问题入门数学分析(持续更新中)

注记 (前置课程:高中数学)

本文将从具体的分析学问题出发介绍数学分析,这是关于实数、实数序列、实数级数以及实值函数的分析……数学分析是微积分学的理论基础,而微积分是我们在处理函数时所用到的计算规则的集合。在本文中,我们将对很多概念进行研究,而这些概念在学习初等微积分时会学到,比如:数、序列、级数、极限、函数、定积分、导数等。虽然你可能在高等数学中基于这些概念进行过大量的运算,但是现在我们主要研究这些概念的基本理论。

本文将思考为什么一个显然成立的命题的确是显然的。在强调非循环论证的基础上从头开始,带领读者自然的引入各概念定理以解决一系列具体的问题,抓住数学分析的主要脉络。本系列文章知识结构参考《实分析(陶哲轩)》

注记

我们首先关心如下几个问题:

(1)什么是实数?是否存在最大的实数?“0”之后的“下一个”实数是多少?(即:最小的正实数是几?)是否能够对一个实数进行无限次分割?为什么有些数(比如 2)有平方根,而有些数(比如 2)没有平方根?如果有无穷多个实数和无穷多个有理数,那么为什么会说实数比有理数的个数“多”?

(2)如何确定实数序列的极限值?什么样的序列存在极限,什么样的序列不存在极限?如果你能够阻止一个序列趋向无穷,这是否意味着该序列最终会停止变化并且收敛?把无穷多个实数相加后得到一个有限实数的情况是否存在?把无穷多个有理数相加后得到一个非有理数的情况是否存在?如果有无穷多个数相加,那么改变这些数的排列次序,所得到的和是否保持不变?

(3)什么是函数?函数是连续的、可微的、可积的、有界的分别是什么意思?能否将无限多个函数相加?对函数序列取极限会怎样?能否对无穷函数级数求微分?什么是求积分?如果一个函数 f(x) 满足:当 x = 0 时,f(x) 的值为 3 ;当 x = 1时,f(x) 的值为 5(即 f(0) = 3 且 f(1) = 5),那么 x 若取遍 0 到 1 之间的所有值,f(x) 是否也取遍了 3 到 5 之间的所有值? 为什么?

(编辑中……)

定理

引理

定义

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