関数解析(マップ)

背景

線形代数で学んだベクトルだけでなく)広い意味でのベクトルについての解析学微分積分)である。ここでは、これまでの3次元ユークリッド空間からn次元、無限次元へ、またベクトルとして関数なども含む(関数空間)。ただし関数のノルムなどを考える際にはルベーグ積分を用いる。ただし関数の集合で極限操作を考えるためには、位相をいれないといけない。つまり、”近い”とか”遠い”などの距離を入れることになる。こうして距離空間を導く。

最終的な目標はヒルベルト空間という3次元ユークリッド空間を拡張・抽象化した空間を学ぶ。その性質としては、

特にヒルベルト空間上の線形作用素は様々な応用があり

  • 完全連続作用素(マトリクスの拡張)
  • 境界値、固有値問題(スペクトル理論)
  • 量子力学の数学的基礎
  • $\delta(t)$の発見と超関数(線形汎関数
  • 積分方程式の理論(ヒルベルト・シュミットの定理)
  • 最適問題への応用(ハーン・バナッハ、直交原理)
  • システム論への応用(カルマンフィルタなど)
  • 確率過程論への応用(ボッホナーの定理、ウィナー・ヒンチンの定理)

学ぶこと

  • べクトル空間のおさらい

karate-odori.hatenablog.com

karate-odori.hatenablog.com

  • ノルム空間と内積空間

karate-odori.hatenablog.com

  • 変分問題

karate-odori.hatenablog.com

参考文献

工学のための関数解析 (工学のための数学)

工学のための関数解析 (工学のための数学)

テイラー展開とその周辺


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級数の収束


参考文献:

微分積分

微分積分

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期待値と極限の交換


  • 背景
  • 単調収束定理(monotone convergence theorem)
    • 定義
    • 証明
    • 説明
    • 補足
  • ファトゥの補題
    • 定義
    • 証明
    • 補足
  • ルベーグの優収束定理
    • 定義
    • 証明
    • 補足
  • 期待値と微分の交換
    • 定義
    • 証明
    • 理論例
      • 定理:特性関数がn階連続微分可能であり、それを行ったものがn次モーメントに等しい
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確率変数の収束


  • 準備
  • 確率変数の収束
  • 確率1収束(概収束)
  • 確率1収束の十分条件(確率1収束が成立するためには)
  • 確率1収束の必要条件(確率1収束成立で言えること)
  • 概収束の例
  • 確率収束
  • 確率収束の十分条件(確率収束が言えるためには)
  • 確率収束の必要条件(確率収束が言えると言えること)
  • 確率収束の例
  • 確率収束と概収束の違いを厳密に考える
  • 平均r次収束($L_r$収束)
  • 平均r次収束の例
  • 法則収束
  • 法則収束の同値表現
  • 法則収束の十分条件
  • クラメール=ウォルドの方法
  • 法則収束の例
  • 収束間の強弱関係
  • 収束間の強弱関係の部分的な逆
  • スラツキーの定理
    • 法則収束に関するスラツキーの定理
    • 確率収束に関するスラツキーの定理
  • 確率ベクトルの線形写像の収束
  • 法則収束する確率変数と収束する実数列の収束
  • 参考
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変分問題


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行列これだけは(行列の微分の公式含む)


  • rank
    • rankの性質
  • trace
    • traceの性質
  • det
    • detの性質
  • 直行行列
    • 直行行列の性質
  • 二次形式
  • 二次形式と定値性
    • 行列の定値性とそのほかの性質の関係
  • べき等行列
    • べき等行列の性質
  • その他よく使う性質
  • 行列の微分
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凸関数とヘッセ行列


  • 凸関数の定義
  • 凸関数と微分可能性
    • 性質
  • 凸関数と関数の下界
    • 補足
  • 部分的な凸性とその条件
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便利な不等式


  • 定理
    • 1. 確率変数の和の確率の上界
    • 2. 確率変数の和のモーメントの上界($c_r-不等式$)
    • 3. 確率変数の差の確率からのそれぞれの分布関数を用いた不等式
    • 4.
    • 証明
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確率変数の同値な列/確率変数の打ち切り


  • 確率変数の同値な列の性質
    • 証明
  • 確率変数の打ち切り
    • 定義
    • 説明
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確率変数


  • 説明的定義
  • 確率変数の作る新たな確率空間
  • 例を交えた追加説明
  • 実際的な確率変数の定義としての定理
  • 性質
    • 定理
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