Ανάλυση Fourier

Abstract

Το βιβλίο αυτό Ανάλυσης Fourier έχει σκοπό να καλύψει ένα εξαμηνιαίο προπτυχιακό μάθημα σε αυτό που καλείται συνήθως κλασική ανάλυση Fourier με έμφαση στις περιοδικές συναρτήσεις. Σε προπτυχιακό επίπεδο συνήθως δε μπορεί κανείς να στηριχτεί σε γνώση του μέτρου και ολοκληρώματος Lebesgue και συνήθως στηρίζεται κανείς στο ολοκλήρωμα Riemann επιλογή η οποία ̔ ̔πληρώνεται ̓ ̓ με αρκετές αναίτιες, κατά τα άλλα, τεχνικότητες στην παρουσίαση και τροποποίηση αποδείξεων επί το πολυπλοκότερο και πιο αφύσικο. Γι ́ αυτούς τους λόγους έχουμε επιλέξει το πρώτο Κεφάλαιο του βιβλίου να είναι μια γρήγορη εισαγωγή του μέτρου και ολοκληρώματος Lebesgue χωρίς τις περισσότερες τεχνικές αποδείξεις αλλά με έμφαση στον τρόπο χρήσης του ολοκληρώματος και την εξοικείωση με τις ̔ ̔φυσιολογικές ̓ ̓ ιδιότητες και την καλή συμπεριφορά του ολοκληρώματος Lebesgue που αποτελούν και τους λόγους για τους οποίους χρησιμοποιείται. Το επιθυμητό αποτέλεσμα του πρώτου Κεφαλαίου είναι, με άλλα λόγια, να μάθει ο φοιτητής να χρησιμοποιεί το ολοκλήρωμα Lebesgue χωρίς κατ ́ ανάγκη να έχει περάσει από την αυστηρή θεμελίωσή του. Αναμένουμε ότι το εγχειρίδιο αυτό χρήσης μπορεί να είναι χρήσιμο και σε άλλα μαθήματα ανάλυσης ή διαφορικών εξισώσεων πέραν της ανάλυσης Fourier. Το βιβλίο καλύπτει τις βασικές έννοιες των σειρών Fourier με κεντρικό ερώτημα το ερώτημα της σύγκλισης της σειράς Fourier μιας συνάρτησης στην ίδια τη συνάρτηση. Στο ημιτελές κείμενο που ακολουθεί περιγράφονται με κάποια λεπτομέρεια τα Κεφάλαια που θα καλύψει το βιβλίο και έχει αναπτυχθεί λεπτομερώς, πέρα από το Κεφάλαιο για το μέτρο και ολοκλήρωμα Lebesgue, και το Κεφάλαιο 2 που αφορά τα τριγωνομετρικά πολυώνυμα. Εκτός από μέρη του τελευταίου Κεφαλαίου που αφορά τη σύγκλιση των μερικών αθροισμάτων, μεγάλο μέρος του βιβλίου θα βασίζεται στις σημειώσεις του πρώτου συγγραφέα από το 2010 όταν δίδαξε το μάθημα ̔ ̔Αρμονική Ανάλυση ̓ ̓ στο Πανεπιστήμιο Κρήτης. Οι σημειώσεις αυτές βρίσκονται στη θέση http://mk.eigen-space.org/harmonic1011.pdf

This Fourier Analysis book is intended to cover a semester-long undergraduate course in what is commonly called classical Fourier analysis with an emphasis on periodic functions (Fourier analysis on the circle, as we usually say). At the undergraduate level, one cannot usually rely on knowledge of Lebesgue measure and integration and one usually relies on the Riemann integral, a choice which is rewarded with several, otherwise unnecessary, technicalities in the presentation and also with modifications of proofs which look very unnatural. For these reasons, we have opted for the first chapter of the book to be a quick introduction to Lebesgue measure and integration, without most technical proofs (which one sees when taking a regular course on Lebesgue measure) but with an emphasis on how to use the integral and acquaintance with the <<normal>> properties and the good behaviour of the Lebesgue integral are the reasons for which it is used. The desired result of the first chapter is, in other words, for the student to learn to use the Lebesgue integral without necessarily having gone through its strict foundation (hence the title <<User Manual>>). We hope that this user manual can be useful in other analysis courses as well or courses in differential equations, beyond Fourier analysis. The book covers the basic concepts of the Fourier series with the central question the question of the convergence of the Fourier series of a function to the function itself.