تحليل رياضي

(تم التحويل من Non-classical analysis)
A strange attractor arising from a differential equation. Differential equations are an important area of mathematical analysis with many applications in science and engineering.

يطلق اسم التحليل الرياضي على فرع الرياضيات الذي يهتم بدراسة الدوال الرياضية و تحولاتها باستخدام أدوات ترتبط بمفاهيم النهاية ، حيث تدرس خواص مثل الاستمرار و الاشتقاق و التكامل و التفاضل ، التقعر و الإنعطاف في منحنيات التوابع و الدوال، وغالباً ما تدرس هذه المفاهيم على أعداد حقيقية أو أعداد عقدية والدوال المعرفة عليها ومن الممكن أن تدرس أيضاً على فضاءات أخرى كالفضاء المتري أو الطبولوجي.


التاريخ

أول من عرف باستخدام مفاهيم النهايات والتقارب كان عدد من رياضيي اليونان أمثال اودوكسوس و أرخميدس الذين قاما باستخدام هذه المفاهيم بشكل غير تقليدي عندما استخدما طريقة method of exhaustion لحساب مساحة وحجم المساحات والأجسام. في القرن الثاني عشر قام الرياضي الهندي باسكارا بإعطاء عما يمكن أن ندعوه الان "معامل تفاضلي" وكانت الفكرة الأساسية وراء ما ندعوه حاليا مبرهنة رول. في القرن الرابع عشر قام الرياضياتي الهندي مادهافا من سانغاماغراما بالتعبير عن عدة دوال مثلثية كسلاسل غير متناهية ، قدر مقدار الخطأ في التقديرات التي تعطيها هذه السلاسل .

في أوروبا نشأ التحليل في القرن السابع عشر عن طريق اختراع مستقل لكلا العالمين اسحاق نيوتن وغوتفريد لايبنتز. في القرن السابع عشر والثامن عشر، تطورت تطبيقات مواضيع التحليل مثل حسبان التغيرات والمعادلات التفاضلية النظامية و الجزئية، سلاسل فورييه و الدوال المولدة generating function في الأعمال التطبيقية .كما استخدم التحليل الرياضي لمقاربة مسائل الرياضيات المتقطعة بمثيلاتها المستمرة و نجحت هذه الطريقة في عدة حالات .

خلال القرن الثامن عشر كان تعريف الدالة الرياضي موضع نقاش طيل بين الرياضياتيين . في القرن التاسع عشر، كاوشي كان أول من وضع التحليل على أساس منطقي ثابت بإدخال مفهوم سلسلة كاوشي. كما أنه بدأ بوضع النظرية الشكلية للتحليل المركب (العقدي). سيمون بواسون وليوفيل Liouville و جان-بابتيست جوزيف فورييه وآخرون قاموا بدراسة المعادلات التفاضلية الجزئية والتحليل التوافقي harmonic analysis.

في منتصف القرن قدم بيرنارد ريمان نظريته حول التكامل . جاء بعده كارل فايرشتراس الذي قام بحسبنة arithmetization التحليل في نهاية القرن التاسع عشر ، معبرا عن شكوكه ان البرهنة الهندسية تحوي خللا مضللا و هنا قام بتقديم تعريف ε-δ للنهاية .

بدأ عندها شك الرياضيون بأنهم يفترضون وجود استمرارية continuum في الأعداد الحقيقية بدون برهان . قام عندها ديديكايند بتشكيل الأعداد الحقيقية باستخدام حد ديديكايند Dedekind cut . في ذات الوقت تتالت المحاولات لتحسن مبرهنة تكامل ريمان مما أدى لدراسة "حجم" مجموعة تقطعات discontinuity الدوال الحقيقية .

ضمن هذا السياق ، قام كاميل جوردان بتطوير نظريته حول القياس ، في حين طور كانتور ما يمكن تسميته حاليا بنظرية المجموعات المبسطة ، باير قام بالبرهنة عن مبرهنة تصنيف باير . في أوائل القرن العشرين ، تمت صياغة التحليل الرياضي باستخدام نظرية المجموعات البدهياتية axiomatic set theory. قام هنري لبگ Henri Leon Lebesgue بحل مشكلة القياس ، في حين قام هلبرت بتقديم فضاء هلبرت لحل المعادلات التكاملية . كانت فكرة الفضاء الشعاعي المنظم normed vector space تلوح في الأفق ، في عام 1920 قام ستيفان باناخ بإيجاد التحليل الدالي functional analysis .

المفاهيم الهامة

Metric spaces

In mathematics, a metric space is a set where a notion of distance (called a metric) between elements of the set is defined.

Much of analysis happens in some metric space; the most commonly used are the real line, the complex plane, Euclidean space, other vector spaces, and the integers. Examples of analysis without a metric include measure theory (which describes size rather than distance) and functional analysis (which studies topological vector spaces that need not have any sense of distance).

Formally, a metric space is an ordered pair (M,d) where M is a set and d is a metric on M, i.e., a function

d:M×M

such that for any x,y,zM, the following holds:

  1. d(x,y)0, with equality if and only if x=y 
  2. d(x,y)=d(y,x)    (symmetry), and
  3. d(x,z)d(x,y)+d(y,z)    (triangle inequality).

By taking the third property and letting z=x, it can be shown that d(x,y)0     (non-negative).

المتتاليات والنهايات

المتتالية هي فئة مرتّبة. مثل الفئة، فهي تضم members (also called elements, or terms). Unlike a set, order matters, and exactly the same elements can appear multiple times at different positions in the sequence. Most precisely, a sequence can be defined as a function whose domain is a countable totally ordered set, such as the natural numbers.

One of the most important properties of a sequence is convergence. Informally, a sequence converges if it has a limit. Continuing informally, a (singly-infinite) sequence has a limit if it approaches some point x, called the limit, as n becomes very large. That is, for an abstract sequence (an) (with n running from 1 to infinity understood) the distance between an and x approaches 0 as n → ∞, denoted

limnan=x.

الدوال المتصلة

A function f is continuous at a point x in the interior of its domain if for every neighbourhood V of f(x), there exists a neighbourhood U of x such that the image of U under f is a subset of V.

Informally, this means that the image of any neighbourhood of x can be made arbitrarily small.

The notion of a continuous function can be generalized to topological spaces. The condition for continuity is a quintessential requirement for many theorems in mathematical analysis.

الفروع الرئيسية

مواضيع في التحليل الرياضي
ما قبل حساب التفاضل والتكامل

رسم بياني لدالة| دالة خطية| قاطع ( رياضيات )| ميل| مماس| تقعر| إختلاف محدود| راديان| عاملي| مبرهنة ثنائي الحدين| متغيرات مستقلة و متغيرات مرتبطة

النهايات

نهاية دالة| نهاية متسلسلة| شكل غير محدد| جدول النهايات| مراتب التقريب| دالة منطقة مثلثية

حساب التفاضل

إشتقاق| ترميز نيوتن للتفاضل| ترميز لايبنتز للتفاضل| ترميز نقطي للتفاضل|إشتقاق ثابت| قاعدة المجموع في التفاضل| قاعدة العامل الثابت في التفاضل| خطية التفاضل| حساب التفاضل والتكامل لعديد الحدود| إشتقاق (أمثلة)| قاعدة السلسلة| قاعدة الجداء| قاعدة ناتج القسمة| دالات عكسية و تفاضلها| تفاضل ضمني| نقطة ثابتة| حدود عليا وحدود دنيا| إختبار الإشتقاق الأولي| إختبار الإشتقاق الثاني| مبرهنة القيمة المتطرفة| معادلة تفاضلية| معامل تفاضلي| طريقة نيوتن| مبرهنة تايلور| قاعدة اوبيتال | قاعدة لايبنتز| مبرهنة القيمة المتوسطة| إشتقاق لوغاريتمي| تفاضل (رياضيات)| معدلات مترابطة

حساب التكامل

إشتقاق عكسي|تكامل غير محدد|قاعدة المجموع في التكامل| قاعدة العامل الثابت في التكامل| خطية التكامل| ثابت إختياري في التكامل| المبرهنة الأساسية للتكامل| تكامل بالأجزاء| قاعدة المتسلسلة المعكوسة| قاعدة الاستبدال | تفاضل تحت الإشارة التكاملية| استبدال مثلثي| كسور جزئية في التكامل| تكامل من الدرجة الثانية| قاعدة شبه المنحرف

دوال و اعداد خاصة
لوغاريتم طبيعي| إي (ثابت رياضي)| دالة أسية| تقريب ستيرلنج| أعداد بيرنولي
تكامل عددي

قائمة مواضيع التحليل العددي| طريقة مستطيلِ| قاعدة شبه المنحرف| قاعدة سيمبسن| صيغ نيوتن | تربيع غاوسي

قوائم و جداول

جدول الإشتقاقات|جدول الرموز الرياضية|قائمة التكاملات|قائمة بتكاملات التوابع المنطقة|قائمة بتكاملات التوابع غير المنطقة|قائمة بتكاملات التوابع المثلثية|قائمة بتكاملات التوابع الأسية|قائمة بتكاملات التوابع اللوغاريثمية|قائمة بتكاملات التوابع القوسية|قائمة بتكاملات التوابع المساحية|خدع اللا نهاية

متغيرات متعددة
إشتقاق جزئي| تكامل بالأقراص| تكامل بالإسطوانات| قرن غابرييل| مصفوفة جاكوبي| مصفوفة هس| تقوس| نظرية غرين|نظرية الإنحراف| نظرية ستوك
متسلسلات

متسلسلة لانهائية| متسلسلة ماكلاورين، متسلسلة تايلور| متسلسلة فورييه| صيغة اويلر ماكلاورين

حساب التفاضل و التكامل غير القياسي

حساب التفاضل والتكامل غير القياسي| كمية متناهية في الصغر| هكذا إستعمل أرخميدس الكميات اللامتناهية في الصغر

تاريخ التفاضل و التكامل

عدد لامتناهي| غوتفريد لايبنتز| إسحاق نيوتن| طريقة الجريان| حساب التفاضل والتكامل اللامتناهي الصغر| ساقية تايلور| كولن ماكلاورين| ليونارد اويلر

ومن فروع التحليل الرياضي

الحسبان

التحليل الحقيقي

Real analysis (traditionally, the "theory of functions of a real variable") is a branch of mathematical analysis dealing with the real numbers and real-valued functions of a real variable.[1][2] In particular, it deals with the analytic properties of real functions and sequences, including convergence and limits of sequences of real numbers, the calculus of the real numbers, and continuity, smoothness and related properties of real-valued functions.

Complex analysis

Complex analysis (traditionally known as the "theory of functions of a complex variable") is the branch of mathematical analysis that investigates functions of complex numbers.[3] It is useful in many branches of mathematics, including algebraic geometry, number theory, applied mathematics; as well as in physics, including hydrodynamics, thermodynamics, mechanical engineering, electrical engineering, and particularly, quantum field theory.

Complex analysis is particularly concerned with the analytic functions of complex variables (or, more generally, meromorphic functions). Because the separate real and imaginary parts of any analytic function must satisfy Laplace's equation, complex analysis is widely applicable to two-dimensional problems in physics.

Functional analysis

Functional analysis is a branch of mathematical analysis, the core of which is formed by the study of vector spaces endowed with some kind of limit-related structure (e.g. inner product, norm, topology, etc.) and the linear operators acting upon these spaces and respecting these structures in a suitable sense.[4][5] The historical roots of functional analysis lie in the study of spaces of functions and the formulation of properties of transformations of functions such as the Fourier transform as transformations defining continuous, unitary etc. operators between function spaces. This point of view turned out to be particularly useful for the study of differential and integral equations.

Free analysis

Free or noncommutative analysis is a sub-branch of functional analysis that deals with spaces that are, in some ways, noncommutative. It is related to noncommutative function theory, which is a noncommutative generalization of complex analysis, as well as free probability theory and noncommutative geometry. In free analysis, emphasis is placed on working with noncommutative variables and functions, especially over spaces or algebras that are noncommutative.

Harmonic analysis

Harmonic analysis is a branch of mathematical analysis concerned with the representation of functions and signals as the superposition of basic waves. This includes the study of the notions of Fourier series and Fourier transforms (Fourier analysis), and of their generalizations. Harmonic analysis has applications in areas as diverse as music theory, number theory, representation theory, signal processing, quantum mechanics, tidal analysis, and neuroscience.

Differential equations

A differential equation is a mathematical equation for an unknown function of one or several variables that relates the values of the function itself and its derivatives of various orders.[6][7][8] Differential equations play a prominent role in engineering, physics, economics, biology, and other disciplines.

Differential equations arise in many areas of science and technology, specifically whenever a deterministic relation involving some continuously varying quantities (modeled by functions) and their rates of change in space or time (expressed as derivatives) is known or postulated. This is illustrated in classical mechanics, where the motion of a body is described by its position and velocity as the time value varies. Newton's laws allow one (given the position, velocity, acceleration and various forces acting on the body) to express these variables dynamically as a differential equation for the unknown position of the body as a function of time. In some cases, this differential equation (called an equation of motion) may be solved explicitly.

Measure theory

A measure on a set is a systematic way to assign a number to each suitable subset of that set, intuitively interpreted as its size.[9] In this sense, a measure is a generalization of the concepts of length, area, and volume. A particularly important example is the Lebesgue measure on a Euclidean space, which assigns the conventional length, area, and volume of Euclidean geometry to suitable subsets of the n-dimensional Euclidean space n. For instance, the Lebesgue measure of the interval [0,1] in the real numbers is its length in the everyday sense of the word – specifically, 1.

Technically, a measure is a function that assigns a non-negative real number or +∞ to (certain) subsets of a set X. It must assign 0 to the empty set and be (countably) additive: the measure of a 'large' subset that can be decomposed into a finite (or countable) number of 'smaller' disjoint subsets, is the sum of the measures of the "smaller" subsets. In general, if one wants to associate a consistent size to each subset of a given set while satisfying the other axioms of a measure, one only finds trivial examples like the counting measure. This problem was resolved by defining measure only on a sub-collection of all subsets; the so-called measurable subsets, which are required to form a σ-algebra. This means that the empty set, countable unions, countable intersections and complements of measurable subsets are measurable. Non-measurable sets in a Euclidean space, on which the Lebesgue measure cannot be defined consistently, are necessarily complicated in the sense of being badly mixed up with their complement. Indeed, their existence is a non-trivial consequence of the axiom of choice.

Numerical analysis

Numerical analysis is the study of algorithms that use numerical approximation (as opposed to general symbolic manipulations) for the problems of mathematical analysis (as distinguished from discrete mathematics).[10]

Modern numerical analysis does not seek exact answers, because exact answers are often impossible to obtain in practice. Instead, much of numerical analysis is concerned with obtaining approximate solutions while maintaining reasonable bounds on errors.

Numerical analysis naturally finds applications in all fields of engineering and the physical sciences, but in the 21st century, the life sciences and even the arts have adopted elements of scientific computations. Ordinary differential equations appear in celestial mechanics (planets, stars and galaxies); numerical linear algebra is important for data analysis; stochastic differential equations and Markov chains are essential in simulating living cells for medicine and biology.

Vector analysis

Vector analysis, also called vector calculus, is a branch of mathematical analysis dealing with vector-valued functions.[11]

Scalar analysis

Scalar analysis is a branch of mathematical analysis dealing with values related to scale as opposed to direction. Values such as temperature are scalar because they describe the magnitude of a value without regard to direction, force, or displacement that value may or may not have.

Tensor analysis

مواضيع أخرى

Applications

Techniques from analysis are also found in other areas such as:

Physical sciences

The vast majority of classical mechanics, relativity, and quantum mechanics is based on applied analysis, and differential equations in particular. Examples of important differential equations include Newton's second law, the Schrödinger equation, and the Einstein field equations.

Functional analysis is also a major factor in quantum mechanics.

Signal processing

When processing signals, such as audio, radio waves, light waves, seismic waves, and even images, Fourier analysis can isolate individual components of a compound waveform, concentrating them for easier detection or removal. A large family of signal processing techniques consist of Fourier-transforming a signal, manipulating the Fourier-transformed data in a simple way, and reversing the transformation.[12]

Other areas of mathematics

Techniques from analysis are used in many areas of mathematics, including:

Notable textbooks

See also

References

  1. ^ Rudin, Walter (1976). Principles of Mathematical Analysis. Walter Rudin Student Series in Advanced Mathematics (3rd ed.). McGraw–Hill. ISBN 978-0070542358.
  2. ^ Abbott, Stephen (2001). Understanding Analysis. Undergraduate Texts in Mathematics. New York: Springer-Verlag. ISBN 978-0387950600.
  3. ^ Ahlfors, Lars Valerian (1979). Complex Analysis (3rd ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0070006577.
  4. ^ Rudin, Walter (1991). Functional Analysis. McGraw-Hill Science. ISBN 978-0070542365.
  5. ^ Conway, John Bligh (1994). A Course in Functional Analysis (2nd ed.). Springer-Verlag. ISBN 978-0387972459. Archived from the original on 2020-09-09. Retrieved 2016-02-11.
  6. ^ Ince, Edward L. (1956). Ordinary Differential Equations. Dover Publications. ISBN 978-0486603490.
  7. ^ Witold Hurewicz, Lectures on Ordinary Differential Equations, Dover Publications, ISBN 0486495108
  8. ^ Evans, Lawrence Craig (1998). Partial Differential Equations. Providence: American Mathematical Society. ISBN 978-0821807729.
  9. ^ Tao, Terence (2011). An Introduction to Measure Theory. Graduate Studies in Mathematics. Vol. 126. American Mathematical Society. doi:10.1090/gsm/126. ISBN 978-0821869192. Archived from the original on 2019-12-27. Retrieved 2018-10-26.
  10. ^ Hildebrand, Francis B. (1974). Introduction to Numerical Analysis (2nd ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0070287617.
  11. ^ Borisenko, A. I.; Tarapov, I. E. (1979). Vector and Tensor Analysis with Applications (Dover Books on Mathematics). Dover Books on Mathematics.
  12. ^ Rabiner, L. R.; Gold, B. (1975). Theory and Application of Digital Signal Processing. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall. ISBN 978-0139141010.
  13. ^ Problems and Theorems in Analysis I: Series. Integral Calculus. Theory of Functions. قالب:ASIN.
  14. ^ Problems and Theorems in Analysis II: Theory of Functions. Zeros. Polynomials. Determinants. Number Theory. Geometry. قالب:ASIN.
  15. ^ Principles of Mathematical Analysis. قالب:ASIN.

خطأ استشهاد: الوسم <ref> ذو الاسم "Stillwell_Analysis" المُعرّف في <references> غير مستخدم في النص السابق.
خطأ استشهاد: الوسم <ref> ذو الاسم "Stillwell_2004" المُعرّف في <references> غير مستخدم في النص السابق.
خطأ استشهاد: الوسم <ref> ذو الاسم "Smith_1958" المُعرّف في <references> غير مستخدم في النص السابق.

Further reading

وصلات خارجية

اقرأ اقتباسات ذات علاقة بتحليل رياضي، في معرفة الاقتباس.


قالب:Analysis-footer

فروع الرياضيات التي تهتم بدراسة البنية
جبر تجريدي | نظرية الأعداد | الهندسة الجبرية | نظرية الزمر | المونويدات | التحليل الرياضي | الطوبولوجيا | جبر خطي | نظرية المخططات | الجبر الشامل | نظرية التصنيف | نظرية الترتيب | نظرية القياس