幾十年來,數(shù)學(xué)的主要興趣集中在與線性算子有關(guān)的問題上,以及將線性代數(shù)已知結(jié)果推廣到無窮維情況。這極具遠(yuǎn)見灼識,而由此發(fā)展出來的豐富理論對整個數(shù)學(xué)科學(xué)都有深遠(yuǎn)的影響。在剔除線性這一假設(shè)條件時,有關(guān)的算子理論以及許多與這種理論有關(guān)的具體問題描繪出了數(shù)學(xué)研究的前景。迄今為止,在這方面已獲得的基本結(jié)果構(gòu)成了線性理論深刻而又完美的拓展。正如線性情況一樣,這些結(jié)果源于數(shù)學(xué)分析中的具體問題,并與之密切相關(guān)。展現(xiàn)于此的這本講義,其目的是系統(tǒng)地描述這些基本的非線性結(jié)果及其對各種來自數(shù)學(xué)分析不同領(lǐng)域的具體問題的應(yīng)用。
此外,我在盡可能廣泛的意義下使用“數(shù)學(xué)分析”這一術(shù)語,而這個用法遵循著Henri Poincare(我們這個學(xué)科的偉大先驅(qū)之一)的思想。事實上,仔細(xì)審視自然出現(xiàn)在實和復(fù)流形微分幾何、經(jīng)典的和現(xiàn)代的數(shù)學(xué)物理以及變分學(xué)的研究中特定的非線性問題,就能發(fā)現(xiàn)必然會導(dǎo)致深刻數(shù)學(xué)結(jié)果的那些反復(fù)出現(xiàn)的模型,
從抽象觀點出發(fā),主要有兩種手段處理該課題,如上所述,第一種手段是將Fredholm,Hilbert,Riesz,Banach和von Neu-mann等人線性泛函分析的特定結(jié)果推廣到更一般的非線性情況。第二種手段是視該學(xué)科為流形及流形間映射的無窮維微分幾何學(xué)。顯然,這些手段密切相關(guān),而當(dāng)它們與現(xiàn)代拓?fù)浣Y(jié)合在一起使用時,就成了強有力的數(shù)學(xué)思維模式。
最后,在上述兩種手段之外,還存在著真正適合既是非線性的又是無窮維的現(xiàn)象,能認(rèn)清這些事實的那個框架仍在發(fā)展中。
本書的內(nèi)容分為三個部分來講述,而每一部分均含兩章。第一部分首先涉及到研究的動因和理解本書后面展開的內(nèi)容所必需的數(shù)學(xué)預(yù)備知識,其后提供非線性算子基本的微積分內(nèi)容并對其分類。第二部分涉及到局部分析。在第三章,我們討論經(jīng)典反函數(shù)定理和隱函數(shù)定理的各種無窮維推廣。同時,為了研究算子方程,也討論了Newton法,最速下降法和強函數(shù)法。第四章,我們將注意力轉(zhuǎn)向與分歧和奇異擾動問題有關(guān)的那些依賴于參數(shù)的擾動現(xiàn)象,這一章中,拓?fù)洌ā俺健保┓椒ǖ膽?yīng)用是它首次成功的亮相,這本書的第三部分和最后部分講述了大范圍分析,并指出了將具體分析與超越方法相結(jié)合的必要性。第五章發(fā)展了可用于一般算子類的全局性方法,特別是討論了映射度的各種理論和應(yīng)用及其與球面高階同倫群有關(guān)的最新進展,還討論了線性化方法和投影法,第六章講述大范圍變分學(xué)及其在現(xiàn)代臨界點理論中的最新進展,這個材料很自然地來自與臨界點有關(guān)的極小化問題和等周問題。
本書的一個主要課題是將得到的抽象結(jié)果用于解決幾何與物理中引人人勝的問題。書中提到的應(yīng)用是這樣選擇的:既考慮其內(nèi)在意義,也考慮它們與本書中提到的抽象內(nèi)容的關(guān)系。在很多情況下,特定的例子需要理論的推廣,從而為進一步的發(fā)展提供動力,我們希望,提到的那些較深刻較復(fù)雜的應(yīng)用將能提高這門快速發(fā)展的學(xué)科的價值及意義。
此外,我們選取一些非線性問題作為抽象的模型。這包括
。╥)確定非線性常微分方程組的周期解;
。╥i)各種半線性橢圓型偏微分方程的Dirichlet問題;
。╥ii)在給定的緊流形上,確定“最簡”度量的微分幾何問題(在這里,“最簡”是指常曲率);
。╥v)非線性彈性vonKarman方程的解結(jié)構(gòu)。
所有這些模型說明,需要發(fā)展新的理論和需要更精妙敏銳的研究方法。此外,這些問題的經(jīng)典的性質(zhì)表明,對于不太經(jīng)典的非線性問題抽象本質(zhì)的研究來說,有著廣闊領(lǐng)域。