ANÁLISIS FUNCIONAL
Doble Titulación de Grado en Física y en Matemáticas
Curso 2024/2025
1. Datos de la asignatura
(Fecha última modificación: 09-05-24 13:17)- Código
- 100221
- Plan
- ECTS
- 6
- Carácter
- Curso
- 5
- Periodicidad
- Primer Semestre
- Idioma
- ESPAÑOL
- Área
- ANÁLISIS MATEMÁTICO
- Departamento
- Matemáticas
- Plataforma Virtual
Datos del profesorado
- Coordinador/Coordinadora
- Ángel Andrés Tocino García
- Grupo/s
- 2
- Centro
- Fac. Ciencias
- Departamento
- Matemáticas
- Área
- Análisis Matemático
- Despacho
- M3307 (Edificio de la Merced)
- Horario de tutorías
- Martes y jueves de 13 a 14 h. y de 17 a 19 h.
- URL Web
- https://produccioncientifica.usal.es/investigadores/56138/detalle
- bacon@usal.es
- Teléfono
- 923 294500 Ext. 1568
- Profesor/Profesora
- Álvaro Serrano Holgado
- Grupo/s
- 2
- Centro
- Fac. Ciencias
- Departamento
- Matemáticas
- Área
- Análisis Matemático
- Despacho
- Ed. Merced, M2319
- Horario de tutorías
- Lunes a viernes de 13:00 a 14:15
- URL Web
- -
- alvaro_serrano@usal.es
- Teléfono
- 923294947
2. Recomendaciones previas
Se precisan conocimientos generales de Análisis Matemático I (obligatoria de primer curso), Análisis Matemático III y Topología (obligatorias de 2º curso). En particular, se hará uso de resultados relativos a sucesiones y series de números reales, normas en Rn y espacios métricos (topología, bases de una topología, compacidad, compacidad relativa, acotación total, completitud, etc.)
3. Objetivos
Formativos
- Comprender y utilizar el lenguaje matemático. Adquirir la capacidad para enunciar proposiciones en distintos campos de la Matemática, para construir demostraciones y para transmitir los conocimientos matemáticos adquiridos.
- Conocer demostraciones rigurosas de algunos teoremas clásicos en distintas áreas de la Matemática.
- Asimilar la definición de un nuevo objeto matemático, en términos de otros ya conocidos, y ser capaz de utilizar este objeto en diferentes contextos.
- Saber abstraer las propiedades estructurales (de objetos matemáticos, de la realidad observada, y de otros ámbitos) distinguiéndolas de aquellas puramente ocasionales y poder comprobarlas con demostraciones o refutarlas con contraejemplos, así como identificar errores en razonamientos incorrectos.
- Aprender de manera autónoma nuevos conocimientos y técnicas.
Específicos de la asignatura
- Establecer el teorema de Hahn-Banach y sus principales consecuencias.
- Conocer y manejar los conceptos relativos a espacios de Banach.
- Caracterizar los espacios de dimensión finita por la compacidad de las bolas cerradas.
- Estudiar las consecuencias en espacios de Banach del teorema de Baire.
- Introducir los espacios de Hilbert como generalización de los espacios euclídeos de dimensión finita.
- Introducir el concepto de base ortonormal y su caracterización.
- Clasificar los espacios de Hilbert por su dimensión.
- Introducir el concepto de operador compacto y proponer ejemplos ilustrativos.
- Mostrar la alternativa de Fredholm y su aplicación a las ecuaciones.
- Analizar las propiedades del espectro de un operador compacto y autoadjunto.
- Establecer el teorema espectral para operadores compactos y autoadjuntos.
4. Competencias a adquirir | Resultados de Aprendizaje
Específicas | Habilidades.
CE-5: Utilizar herramientas de búsqueda de recursos bibliográficos en Matemáticas.
CE-6: Comunicar, tanto por escrito como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados e ideas Matemáticas.
5. Contenidos
Teoría.
ESPACIOS DE BANACH
- Espacios normados. Normas y seminormas. Normas equivalentes. Subespacios de un espacio normado. Series en un espacio normado. Bases de Schauder.
- Aplicaciones lineales contínuas entre espacios normados. Caracterización. Norma de una aplicación lineal contínua. El espacio L(X,Y).
- El espacio dual. Formas lineales continuas. El espacio X'. El teorema de Hahn-Banach y sus corolarios.
- Espacios de Banach. Caracterización en términos de sus series normalmente convergentes. Completación de un espacio normado. Completitud de las aplicaciones lineales contínuas de un espacio normado en un espacio de Banach.
- Espacios de dimensión finita. Completitud, equivalencia de las normas y caracterización de los compactos. El teorema de Riesz.
- El teorema de Banach-Steinhaus. El principio de acotación uniforme. El principio de condensación de singularidades. Aplicaciones.
- El teorema de la aplicación abierta. El teorema del homeomorfismo. Aplicaciones. El teorema de la gráfica cerrada.
- La aplicación lineal traspuesta. Espacio incidente a un subconjunto. Propiedades. Relaciones de incidencia entre núcleos e imágenes.
- Espacios reflexivos. Inyección canónica en el bidual. Espacios reflexivos. Conservación de la reflexividad por isomorfismos isométricos. Reflexividad del dual.
ESPACIOS DE HILBERT
- Espacios de Hilbert. Producto interior. Espacios pre-hilbertianos. Desigualdad de Schwartz. Norma asociada a un producto interior. Ley del paralelogramo. Espacios de Hilbert.
- Ortogonalidad. Teorema de Pitágoras. Complemento ortogonal de un subconjunto. Mejor aproximación a un convexo cerrado. Descomposición de un espacio de Hilbert como suma ortogonal de cada subespacio cerrado y su ortogonal. Sistemas ortogonales y ortonormales. El proceso de ortonormalización de Gram-Schmidt.
- Dualidad en espacios de Hilbert. El teorema de representación de Riesz. El producto interior de H'. Reflexividad de los espacios de Hilbert.
- Proyecciones ortogonales. Propiedades. Caracterización. Ecuaciones de la proyección ortogonal en un subespacio de dimensión finita.
- Operadores autoadjuntos. Operador adjunto de una aplicación lineal continua entre espacios de Hilbert. Propiedades. Relaciones de ortogonalidad entre núcleos e imágenes. Operadores autoadjuntos.
- Bases ortonormales. Desigualdad de Bessel. Bases ortonormales. Coeficientes de Fourier. Sistemas ortonormales completos. Equivalencia entre bases ortonormales, sistemas ortonormales completos y conjuntos ortonormales que satisfacen la identidad de Parseval.
- Clasificación de los espacios de Hilbert. Existencia de bases ortonormales. Dimensión hilbertiana. Clasificación de los espacios de Hilbert por su dimensión. Caracterización de los espacios de Hilbert separables.
TEORÍA ESPECTRAL DE OPERADORES
- Operadores compactos. Compacidad de operadores de rango finito. Propiedades del espacio de los operadores compactos entre dos espacios normados. Compacidad del operador traspuesto.
- La alternativa de Fredholm. Relaciones de incidencia entre núcleos e imágenes. La alternativa de Fredholm.
- El espectro de un operador contínuo. Operadores invertibles en espacios de Banach. Valor espectral de un operador. Espectro. Valores propios. Espectros puntual y continuo. Compacidad del espectro de un operador contínuo. El espectro de un operador compacto. El espectro de un operador autoadjunto. Propiedades de los valores y vectores propios de un operador autoadjunto. Propiedades de los valores espectrales de un operador autoadjunto.
- Teorema espectral. Teorema espectral para operadores compactos y autoadjuntos. Forma canónica. Aplicaciones.
6. Metodologías Docentes
Se expondrá el contenido teórico de los temas a través de clases presenciales, siguiendo uno o dos libros de texto de referencia, que servirán para fijar los conocimientos ligados a las competencias previstas y dar paso a clases prácticas de resolución de problemas, en los que se aplicarán las definiciones, propiedades y teoremas expuestos en las clases teóricas, utilizando cuando sea conveniente medios informáticos.
A partir de esas clases teóricas y prácticas se propondrán a los estudiantes la realización de trabajos personales sobre teoría y problemas, para cuya realización tendrán el apoyo del profesor en seminarios tutelados. En esos seminarios los estudiantes podrán compartir con sus compañeros y con el profesor las dudas que encuentren, obtener solución a las mismas y comenzar a desempeñar por si mismos las competencias del módulo. Además, los estudiantes tendrán que desarrollar por su parte un trabajo personal de estudio y asimilación de la teoría, resolución de problemas propuestos y preparación de su exposición. De ello tendrán que responder, resolviendo los problemas en el aula una vez preparados, exponiéndolos ante el profesor y el resto de compañeros y comentándolos luego en una tutoría personal entre estudiante y profesor, así como realizando exámenes de teoría y resolución de problemas.
7. Distribución de las Metodologías Docentes
8. Recursos
Libros de consulta para el alumno.
- Bachman, G.; Narici, L. Functional Analysis. Dover, 2000
- Tocino, A., Maldonado, M. Problemas resueltos de Análisis Funcional. Cervantes, Salamanca, 2003
Otras referencias bibliográficas, electrónicas o cualquier otro tipo de recurso.
- Brezis, H. Análisis Funcional. Alianza Universidad, 1983.
- Cascales, B.; Mira, J.M. Análisis Funcional. Universidad de Murcia, 2002.
- El Kacimi, A. Introducción al Análisis Funcional. Reverté, 1994.
- Friedman, A. Foundations of Modern Analysis, Dover, 1970.
- Friedrichs, K.O. Spectral Theory of Operator in Hilbert Space. Springer, 1973.
- Halmos, P.R. A Hilbert space problem book, Van Nostrand, 1967.
- Kolmogorov, A.N.; Fomin, S.V. Elementos de la Teoría de Funciones y del Análisis Funcional. Mir, 1978.
- Riesz, F.; Sz.-Nagy, B. Functional Analysis, Dover, 1990
- Taylor, A.; Lay, D. Introduction to Functional Analysis. R.E. Krieger Publishing Co., 1986.
- Young, N. An introduction to Hilbert space, Cambridge University Press, 1988.
9. Evaluación
Criterios de evaluación.
- Examen escrito: 60% de la nota final.
- Ejercicios en el aula (previa preparación) y su exposición: 30% de la nota final.
- Exposición de lecturas/trabajos: 10%
Para obtener una evaluación final positiva se exigirá una puntuación mínima de 3 sobre 10 en cada una de las partes del examen escrito (teoría y problemas).
Los criterios anteriores conciernen a ambas convocatorias.
Sistemas de evaluación.
Actividades a evaluar
- Realización periódica de ejercicios en el aula. Los ejercicios se propondrán con la antelación e indicaciones suficientes para ser resueltos antes de su realización en el aula, que se llevará a cabo sin utilizar las notas o apuntes utilizados en su preparación.
- Exposiciones orales de los ejercicios.
- Exámenes escritos:
- de teoría (conocimiento de conceptos, enunciados y razonamientos expuestos en las clases magistrales)
- de problemas (resolución de enunciados análogos a los explicados en las clases prácticas y de cuestiones breves)
Recomendaciones para la evaluación.
- En todo momento la asistencia a las clases y seminarios es altamente recomendable.
- Una vez que el profesor entrega los trabajos corregidos, analizar los errores cometidos, tanto individualmente como acudiendo a las tutorías.
- En la preparación de la parte teórica es importante comprender (los conceptos, razonamientos, etc.) y evitar la memorización automática.
- Ensayo previo de la exposición de los trabajos para detectar las posibles deficiencias en el la asimilación de los conceptos, así como en la forma de expresión.
- En cuanto a la preparación de problemas, es necesario ejercitarse con los problemas que aparecen en los libros de texto recomendados, no sólo con los problemas resueltos, sino intentando la resolución de los problemas propuestos.