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卓里奇的《数学分析》怎么样?

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卓里奇(Vladimir Andreievich Zorich)的《数学分析》(Математический анализ)是一部享誉世界的经典数学教材,被广泛认为是现代数学分析领域的权威之作。它以其深刻的洞察力、严谨的逻辑以及清晰的论证而闻名,对许多数学专业学生和研究者都产生了深远的影响。

为了详细地讲述卓里奇的《数学分析》怎么样,我们可以从以下几个方面来探讨:

1. 内容的深度与广度:

全面性: 卓里奇的《数学分析》覆盖了数学分析的核心内容,包括极限、连续性、导数、积分(黎曼积分和勒贝格积分)、级数、多变量微积分、微分方程等。其深度和广度都达到了非常高的水平,不仅仅是知识的罗列,更注重概念的根基和理论的系统性。
现代视角: 不同于一些传统的教材,卓里奇的著作融入了许多现代数学的视角和方法。例如,它在处理多变量微积分时,会引入微分形式和流形的基本思想,尽管不深入,但为读者打下了良好的基础。在积分部分,它对勒贝格积分的引入也相当自然且透彻。
分析的“精神”: 教材并非仅仅是技巧的堆砌,更重要的是传达分析学“是什么”以及“为什么”。它强调分析学作为研究函数性质、研究无穷过程的工具,以及它在理解和建模数学世界中的核心作用。

2. 严谨性与逻辑性:

公理化思维: 卓里奇非常注重数学的严谨性,从基本概念(如实数、集合)的构造开始,就遵循严格的逻辑推导。它坚持从公理出发,一步步建立起分析学的完整体系。
证明的细致: 书中的证明是其一大特色。卓里奇的证明往往是详细、完整且清晰的,他会仔细解释每一步的依据和逻辑关系,很少有跳跃性的思维。这对于初学者理解证明的思路和方法非常有帮助。
概念的澄清: 对于像“收敛性”、“连续性”、“可微性”等核心概念,卓里奇会进行非常深入的讨论,力求让读者对这些概念的本质有深刻的理解,避免望文生义的肤浅认识。

3. 教学方法与风格:

结构清晰: 教材的章节划分逻辑清晰,内容循序渐进,从基础的单变量分析逐步过渡到更复杂的领域。每个章节都会有清晰的引入和总结。
例题与习题: 虽然卓里奇的《数学分析》以理论性强著称,但其中也包含了大量的例题,这些例题往往能够生动地解释抽象的理论,帮助读者巩固理解。习题的难度梯度也比较合理,既有巩固基础的,也有挑战思维的。
理论联系实际: 尽管是一本纯粹的数学教材,但卓里奇在讲解过程中,会适时地提及数学分析在物理、工程等领域的应用,这能激发读者的学习兴趣,并认识到数学分析的实际价值。
强调“理解”而非“记忆”: 卓里奇的教学风格更注重引导读者理解数学的内在逻辑和思想,而非死记硬背公式和定理。他鼓励读者主动思考,通过练习来深化理解。

4. 适用人群:

数学专业学生: 对于数学、应用数学、理论物理等相关专业的本科生和研究生而言,卓里奇的《数学分析》是不可多得的优秀教材。它可以作为入门教材的进阶读物,或者作为系统性学习的参考书。
希望深入理解数学分析的人: 即使不是数学专业学生,任何对数学分析有浓厚兴趣并希望对其有深入理解的人,都可以尝试阅读这本书。
对严谨性有高要求的读者: 如果你对数学的严谨性和逻辑性非常看重,那么卓里奇的著作一定会满足你的需求。

5. 潜在的挑战与建议:

难度较高: 卓里奇的《数学分析》并非一本轻松易懂的“入门”教材。它的严谨性和深度意味着它需要读者投入大量的时间和精力去消化。对于没有坚实数学基础的读者来说,可能会感到有些吃力。
语言风格: 如果您阅读的是俄文原版或其翻译版,有时其语言风格可能显得比较“俄罗斯化”,但其数学思想是普适的。
建议:
循序渐进: 如果是初次接触数学分析,建议先阅读一本相对浅显易懂的入门教材,建立基本概念,然后再来挑战卓里奇。
勤于思考和练习: 遇到不理解的地方,不要急于跳过,多花时间思考定理的含义,尝试自己去证明,并认真完成习题。
结合其他资源: 如果在学习过程中遇到困难,可以查阅其他教材、参考资料或请教老师同学。

总而言之,卓里奇的《数学分析》是一部杰出的数学著作。它以其深刻的洞察力、严谨的逻辑、全面的内容和现代的视角,为读者提供了一个学习数学分析的绝佳途径。它不是一本“快餐式”的教材,而是需要投入时间和精力去细细品味的经典之作。如果你渴望真正理解数学分析的精髓,那么卓里奇的《数学分析》绝对是值得你认真对待和深入学习的选择。

(请注意:卓里奇的《数学分析》通常是分为两卷出版的,第一卷涵盖基础部分,第二卷涉及更高级的主题。)

网友意见

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先说结论:卓里奇这本书,让学过微积分/数分的人拿来复习一下是好的;但对99%的国内大一新生来说,强烈不建议用这本书初学微积分/数分。

第一卷除了极限一章引入滤子基,连续函数一章有一些有意思的结论,以及多元函数微分一章讲了Morse引理,并没有多少超出一般数分教材的内容。至于实数理论一章,我初读时也觉得直接摆四组公理太粗暴,远不如戴德金分割优美(特别地,实数的完备性可以看作是戴德金分割构造的产物,但这里要当作公理)。然而,作者在前言里已经强调:不要把过多精力放在实数理论上。因此,这种讲法如若能让初学者快速过掉实数理论,不失为一种选项。

第二卷,我个人最喜欢的部分是第13、14章,用微分形式的语言讲曲线积分、曲面积分、场论等内容,用统一的观点串联起三大公式(格林公式、高斯公式和斯托克斯公式),是本卷的精华所在,由此自然地导出第15章(流形上微分形式的积分学)。但是对于初学者来说,微分形式属于偏难的内容。如果这两章看不懂的话,我的建议是去找本古典数分教材,比如菲赫金哥尔茨《微积分学教程》第三卷,把曲线积分、曲面积分搞明白,最重要的是要把三大公式搞熟。

本卷第11章讲重积分,其实是把实分析里讲Lebesgue测度与积分的那一套思路用到了黎曼积分上,优点是对于后续学习是个铺垫,缺点也很明显:一是对于测度的叙述过于简略,例子也少;二是对于学过实分析的人来说,限于黎曼积分会有种高不成低不就的感觉;三是本章计算题太少,初学者学了却不会算重积分是个潜在问题。现实情况就是国内的大一新生绝大部分连微积分都没学过,用这样的方式打开重积分极有可能会出问题,好比内功不够却要强修某本武林秘籍(的弱化版),结果走火入魔;还不如老老实实跟着一本古典分析教材学好二重积分、三重积分,之后直接去学Lebesgue测度与积分。

第11章有一个重头戏,就是重积分换元定理的证明,正如刘思齐老师说的,对于一本数学分析书,重积分换元定理的证明都是一大看点,也是评价该书的重要指标之一。卓里奇给出了一个严格证明,但是他把战线拖得太长。试想,一个数学分析刚学了一个多学期的学生,就得硬着头皮去啃一个长达八九页的证明,是极大的挑战,因为初学者对于长证明很容易只见树木不见森林——努力啃完了证明的每一个细节,却把big picture给忘了。相形之下,Baby Rudin处理得最好,它先介绍了一些前置概念,比如本原映射、单位分解,最后把重积分换元定理的证明控制在一页。再如Spivak的书,也是给出的条件比卓里奇弱,而且证明更短。所以我觉得卓里奇这本书在重积分换元定理这块是有改进空间的。(注:本书第七版附录里给出了另一个证明,正是遵循他在11.5节开头给出的那个sketch of proof,总算压缩到三页,而且没涉及单位分解,算是一大改进)

本卷还有几章是打了星号的,颇具争议。第9章对点集拓扑做了一个非正式介绍,第10章又将多元函数微分学推广到一般的线性赋范空间上去,第15章介绍了流形上的积分学(属于近代微分几何的内容)和de Rham理论。传统上这些内容都属于数学系后续课程。作者想拔高观点,又限于篇幅,只能讲得相当粗略。我是在毕业以后才去读卓里奇的,后续课程都学过,有些题目尚且要去翻看Munkres, Lee等人的教材,因此很担心大一学生仅凭这么简短的课文,如何做得来书上的习题;即使勉强做出来,要花多大的精力?用1倍的时间读课文,再用5倍的时间去啃这些系统学习了后续课程即可解决的问题,值不值得?更何况,还有些题目难度特别大。比如,书中有一道题让你证明Brunn-Minkowski不等式及其等号成立的充分必要条件,我是在一本讲几何不等式的书上找到的,证明过程长达四五页,初学者如果能做出来那必是天才中的天才了。其他答案也说:“花这么大精力去啃卓里奇,还不如把后续课程都系统地学了,回过头再看卓里奇,就觉得没什么”,我想就是这个意思。我不确定卓里奇本人当年讲课的时候有没有讲这几章,也有可能压根没讲,只是后来写教材的时候补充上去的。不过,初学者跳过这三章,也不妨碍其他内容的学习。

从叙述风格上看,第一卷还比较细密,但第二卷证明过程的跳跃性非常强,至少我读的时候经常碰到一句话要想半天的情况。我在想:大一学生读这样的教材,要耗费多少时间?况且大部分学生都有偷懒的天性,遇到了读不懂的会不会直接跳过去?如果随意糊弄过去,读卓里奇的效果恐怕是要大打折扣的,还不如一开始就拿一本浅显的课本学,不贪多,但至少学有所得。

结论:

不可否认,卓里奇这本数分本身具有诸多优点。首先,这本书的叙述是准确的,所用到的术语都要先给出严格的定义,所有定理的证明因而也是严格的,不会像有些数学书那样,遇到难解释的地方就想办法含混过去,让那种喜欢寻根究底的学生一头雾水。其次,书中有充实的物理例子。阿诺德对本书的点评提到了这一点。我个人的经验是学物理有助于加强对数学的理解(比如你学了电磁学有助于理解多元微积分,学了广义相对论有助于理解微分几何)。最后,书里面经常有一两句画龙点睛之笔,在其他书中不常看到,其实是作者有意提点,能让读者对学科的理解有所提升。

这本书之所以褒贬不一,我个人的看法是学过和人和没学过的人恰好会看到它的不同侧面。一方面,那些自身水平已经足够高的人能看到本书的好处,因为它融合了拓扑、几何、代数的思想,能和后续课程产生关联——当然这些人已经学过后续proof-based课程,并非数学分析的初学者,本书最多只是个案头参考。另一方面,让我们设身处地地为数学分析的初学者想一想:首先这本书肯定不适合那些连计算关都没过的人,这些人也不是作者的目标受众;至于那些想从这本书中学习新知识的人,本书对于观点拔高的部分却着墨不足,不够系统也不够深入——想学泛函、实分析、拓扑的都应该直接去找专门教材,而不是啃卓里奇。于是这本书的定位有些尴尬——它最适合的读者可能恰巧是我这种用它来复习数学分析的人,或者教数分的老师,因为他们阅读本书时也跟我一样,不是初学而是复习,且有能力和后续的知识联系起来,从而看到本书的好处。我能理解老师想把好书推荐给学生(或者用作教材)的心情,但是他们却忽视了“甲之蜜糖,乙之砒霜”。国内学生从小学到高中毕业基本上只学了个计算,其“数学成熟度”基本为零。要想让初学者切切实实学到东西,必然要遵从循序渐进的规律,不应该一上来就用这种overkill的教材,否则就是拔苗助长。(当然如果你是国集大佬,初学微积分就用卓里奇,我也没意见)

国内某些院校用卓里奇时显然是没考虑到新生的实际水平,特别是没考虑到我国高中数学的课程标准近二十年来一降再降,高中生看似刷了一大堆五花八门的题,其实基础不牢,很多基本的概念和定理他们没有真正掌握,但这并不是本书的问题。本书最适合已经(用别的教材)学过一遍数学分析的学生,至少也得对微积分有相当了解;而清华或国科大数学系的大一新生,大部分应该是达不到这个标准的。

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国内的学生学分析,为了使学习坡度平缓一些,我的建议是这样的:

1)先拿柯朗的《微积分和数学分析引论》初学微积分,把计算关过了,知道微积分是怎么用的。这本书内容丰富,我个人受益良多,但习题不简单,如果你觉得难,或者觉得这本书太老了,也可以用一本标准的Calculus教材(比如美国的托马斯微积分或者Stewart的微积分)。总之没必要在微积分上面花太长时间,大半年搞定一元+多元即可。

2)进入proof-based分析学。如果你还不知道什么是证明,什么是严格的推理,可以先把特仑苏陶写的那本Analysis读一遍。第一卷非常好,值得一看,最好把习题都做了。第二卷可以选读。如果觉得这本书挑战性不够,那就去试试Baby Rudin吧,那本书本来就是给已经学过Calculus的学生读的,最后一章可不读,除非你想拿Adult Rudin学实分析。

3)学一些点集拓扑的知识。其实Baby Rudin第二章就够了。

4)进阶学习。分析这个分支水很深,进一步要学习的内容包括但不限于实分析、复分析、调和分析、ODE、PDE等等。实分析推荐Royden的Real Analysis第三版前六章(最新版第四版感觉有点毁了),这本书习题不算难,所以读起来比较快。复分析推荐Ahlfors,作者是Fields奖得主,这本书长于几何观点,所以读起来会很有趣。

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