Уравнения в частных производных (УЧП) описывают процессы распространения: волновое u_{tt}=c²Δu, тепловое u_t=κΔu. Метод разделения переменных: u(x,t)=X(x)T(t) приводит к ОДУ. Собственные функции образуют базис для разложения решения. (378 символов)
Функциональный анализ изучает линейные операторы A: X→Y в нормированных пространствах. Спектр σ(A) = {λ∈ℂ: A-λI невырожден}. Собственные значения, собственные и сопряженные векторы. Компактные операторы имеют дискретный спектр с 0 как единственной предельной точкой. (412 символов)
Метрическое пространство (X,d) — множество с расстоянием d(x,y)≥0, d(x,y)=0 ⇔ x=y, симметричностью и неравенством треугольника. Нормированное пространство: ||x|| определяет метрику d(x,y)=||x-y||. Полное пространство (Банахово) — всякая фундаментальная последовательность сходится. Основа функционального анализа. (398 символов)
Вариационное исчисление ищет экстремумы функционалов J[y] = ∫_a^b F(x,y,y') dx. Уравнение Эйлера-Лагранжа d/dx (∂F/∂y') = ∂F/∂y необходимо для стационарности. Интегралы Белтрами, инварианты, преобразования Лежандра. Основа оптимального управления. (412 символов)
Слабая сходимость x_n ⇀ x в банаховом X: ∀f∈X*
Интеграл Лебега обобщает римановский на произвольные множества: ∫_X f dμ = ∫_0^∞ μ({f≥t}) dt - ∫_{-∞}^0 [μ({f≥t})-μ(X)] dt. Лебега мера σ-аддитивна: μ(∪ A_i) = Σ μ(A_i) при попарной несдвигаемости. L^p пространства: ||f||_p = (∫ |f|^p dμ)^{1/p} < ∞. Основа современной теории меры. (428 символов)
Соболевское пространство W^{k,p}(Ω): функции u∈L^p с обобщенными производными D^αu∈L^p ∀|α|≤k. H^k = W^{k,2} гильбертовы. Теоремы вложений Соболева: W^{k,p} ⊂ C^m при k-m > n/p. Следы, расширения. Основа теории слабых решений ДУ. (398 символов)
Дифференциальная p-форма ω ∈ Ω^p(M) интегрируется по p-мерным многообразиям. Внешняя производная d: Ω^p→Ω^{p+1}, d²=0. Теорема Стокса: ∫_M dω = ∫_∂M ω. Де Рам деформации, периоды форм, когомологии. Основа современной топологической теории. (412 символов)
Риманово многообразие — гладкое многообразие M с метрическим тензором g_{ij} в локальных координатах, определяющим длину кривых ds²=g_{ij} dx^i dx^j. Геодезические — кратчайшие пути, удовлетворяющие уравнению ∇_u u = 0. Кривизна Римана R^i_{jkl} измеряет отклонение от евклидовости. Основа современной дифференциальной геометрии. (428 символов)
Эллиптическое ДУ: ∑ ∂_i (a^{ij} ∂_j u) + b^i ∂_i u + c u = f. Регулярность: u∈H^1 ⇒ u∈C^∞ при гладких коэффициентах. Априорные оценки: ||u||_{H^{k+1}} ≤ C(||f||_{H^{k-1}} + ||u||_{L^2}). Основа теории слабых решений эллиптических задач. (398 символов)
