泛函分析及其在自动控制中的应用
泛函分析及其在自动控制中的应用，韩崇昭，1991控制理论所硏究的闩越,可以概括为系统分析、系统踪合建模和优化。系统分包括系统的稳定性分析能控能观性分析、鲁棒性分析等,主要是分用以描述系统行为的算子的特生。传统的分析方法是实用的但只限于某些特定的系纯类型.例如传统的枫域分忻法只阳于讨论单输入单输出约线性定常橤统,而泛函分析所提供的分析方法,有可能村包括多输入多输出线性时变系统、分和参觐线性系统,以及某忠类型的柞线性系统进行统…的处理,从而获得更加一般的论。系统的综合包插挖湖器和补偿器的设计等,使系流得以镇定或获得某种性能,这是分析的逆河题。传统的综合屴沄礻仪费时费事丶而且解决问题的范園比较狭窄:现代的综合方法倾向干构造能用计算机灾现的某些算法迭代算法或递推算法的收敏性分析,以及闭环控制的稳定性分衔等,只有借助泛图分析所提供的工其,才有可能使问题得以解决系统建撓和系统的最优控制,一般是在某些约束条件下,对某个泛函拈标进行优化的问题,这更是泛函分析研究惹围闪的问题绕上所泛函分析已渗逶到控制理论和系统科学的各个分支。“饿夯千里日,更上一层楼”,控制斑论研究者只冇掌握泛函分析这…工具,才有可能…览当令研究潮流中“群峰竞秀,万水争流"“的局面第二章代数基础鉴于工科人学亩动控制类专业研究生#不具备系统的拙象代数的知识,而泛函分析这门课程又经带涉及抽象代数的某些基本慨念,所以首先在本章对必要的代数基础知识进行简要介绍,作为学习泛函分枥的预备知识。§2.]集合与映射2.1.1集合集合是数学上最基本門概念,难以绐出确切的定义:一般说:所谓集合就是指具有其种属性的事物全体。构成集合的每个事物称为该集合的元蓊。果合也简称集,其元素也简称元集合可用列其历有元素或江明其暑性来表示如A=i1,nz,…,n},A={a:a具有属性P}如果个集合由有限多个元构成,称之为有限集;如果由无限多个元构成,称之为元限集不含汪何元素的集合称为空集记为这,只含一个元的集合称为单点集。用r∈A表示“?是4中的元”或a属于A”;用a表示a不是A中的元"哎“a不属于有两个集合A和B:若A中的所有元到为B中的元,则称为A是B的子集或A蕴含于B哎包含A,记为A≌或BA任集A必是共自身的了集,而空集又是仕意集A的子集若集A是集R的子集:而B中至少有一个元不屑于4,则称A是程的真子集,或B真包含A,记为心二BBA。若集A是集B的了集,且B也是A的子策,闻称集A与集B相等,记为A=B2这个定义也经出用作集合相等的证明方法即任取∈A,得x∈B则推知4≌B;其次任取xB证得∈小则描知B≌A;从而证明A=B。在以后的证明中,我打经常采用某些撰用符号:“"表示“所有的",“彐"表示“存在”,“→“表示“由左面的结论推出岩面的结论”“台”表示左右两面相互推出”以柴合为元素的集合秋为集类。如字={A,B,C}其中的元A,B,C均是集合,是集类。A、B两个集合的所有元素共同构成的集合称为A和B的并集,记为AUB={2:x∈A或x∈开2。1,2桌合A1,A:;…,A的并業定义为U4=A∪AU…∪4一{x:xEA,或x∈A,“x∈A}(2.1.3)A、B两个集合的公共元素构成的集合称为A和B的交集,记为A∩B={x:x∈A且芏.B〔2.I.4集合A1,A2,A的交集定义为门A=A∩A∩“∩A={x:x∈A且x∈12“且xEA}(2.!5如果集合A与集合升没有公共元家,即A∩B=C,则称A与R不相交。属于集A而不属于集B的所有元构成的集合称为A与B的差集记为AB={xgxA旦x2.⊥,5巢合A和F的对称差记为A△B-(APU(4)2.7设U是一↑特定的集合,AS;称EA为A关于U的补集.记为A此时有AUA=UA∩A=2.1蘸2..9对于集类也可以定义并、交运算。设是一个集类其元的并和交分别为U{BB∈}={z:B∈郾,使z∈B2.1.10∩{B:B∈}{x;B∈密,使r∈乃2.1.11)例211设R表示实数集,R=RXR表示实数序对(x,y)的集合,集合A={(x,g)mx;∈R固定}表示欧氏平面R2上y=m直线上的总集;所有这些集合(直线〕构成一个集类x={A:mER在此情况下,集类m的交集为∩ FRA={(0,0)},即R的坐标原点;其并集为∪v∈RA=R2{0,y):|l|>0}即除去坐标纵轴但保留坐标原点整个R2平面。前面绐出的集合运算具有如下性质〔1)幂等律:AA=A,A∩A=4;〔)交换律:AB=BJA,A∩B-B∩A;I)结合律:A∪(BU)=(4∪B)∪C,A∩(B∩C)=(A∩B)∩C;Ⅳ)分配律:4U(B∩C)=(AUB∩(AUc),A(BUC)-(Anu(A门〔V)恒等律:A∪C=A,A∩U=手AUC=[, A=另外还有一些恒等关系式Ⅵ) de morgan律:A(B)-(AB)∩AC),A(BNC)=(AB)U:A〔〕对偶律:(UAA,(∩A=UⅧ)互补律:AAU,A∩A=8下面只证明(W)和(W)其余留给读者验证W)的证明:∈A(B)∈A,(BC)∈AB且x∈C∈AB且tAr∈AB)n(4C)同理可证第二式。()的证明;*∈(∪A)=∈U,艺点UA+2A且2年A1“且卖Az∈出且x∈A」且x∈术台∈∩4:同理可证第二式渠合A和B的笛卡尔积就是由序对构成的集∈Ab∈2.1,12儿素n和b称为序对(a,b)的分量。如果两个厅对的对应分垤相等则称其相等例如,(x,y)z(n-a,且y一b般情况下,集合的笛卡尔积不叫交换次序,即AX≠xA更一般地,A1A2…**A是一组集合其笛卡尔积定义为A,=1×Azx{「rTI:AE1,2}〔2.I.132.1.2关系由集合A到集合B的一个关系配,就匙的卡尔积A×H的一个集若R=AXB.序对(a)∈R则称n与!有关系P,记为ee,关系RAX称为二元关系,周为此时其中的元由序对钩成更灬般地,若K∈]1,则称其为多元关英。例2.1.2设A一{a,b,c}B={u,b,,d,吧其笛卡尔积为AB=(,,(,b),().(,t).(bq),bb),,(冫(,),出,(qb)(qc),(,d)}如果R表示“相等关系”,则R=Yb),(c,E)}二A×F关系R4XB的定义城是A的子集,即1oia∈A:b∈,使得2..11〕其值址是郾的子集,即ange=,∈B:n∈A使得ah15倒21.3设R={(x,y):,∈R,g-2}表示一个关系,显然它是RXR的一个子粜,即面R上一条抛物线的点集。其定义域domR=R,其值域 rangeR=1={y:y:0),即l半实轴设A是灬个集台,三A×A4是某种关系下给出几种特殊二元关系的定义I)自返关系:若aA→(a,a∈R;(I)对称关系:若(,b)∈B→(b,a)EB;Ⅲ)传递关系:a,b),b)∈R=n,)∈R;Ⅳ)反对称关系:若(,b),h2n)∈→m=b;甚于以上基本的二元关系还可以定义〔V)偏序关系;若是返、传递和反对称的关系:此时称A为出R规定的编序集合;〔)全序关系:若是偏关系,H任意a,b∈A,要么(+b)∈B,要么(b,a);W)等价关系:若F是肖返、传递和对称的关系。例2.1.4设R-(,9):x,∈R,≤匚R表示平面R上包括x-9直线在内的左上半平面,它是一个二元关系:国对()!x∈R,(x,x)∈,所以R是自返的;(2)任意(,y),(,=)∈R即有“到队而有x,即:x,∈R,所以是传的(3){意(x,y),(y,)∈R,具有y,≤x,从而z=y,新以R是反称的;综合起来即证刚R是个懶序关系(即关系“≤’,或者总按偏序关系“≤”規定的R是一个偏序集合。其实,R还是一个全序关系,因为除!R编序关系外,对仁意r∈R.要么x≤,费么ysx即要么(x,y)∈界,要么(y,x)∈P例2.15设A={a,b;,d,g,R={(),(b,)仂,b),(c,q),(+b),e,c)(c,),(d,n),,n),(,4},(,b),(e,e)}4A,它是A上的一个二元关系。因为(1)!x∈A(r,x)∈R,即E是白讴的;(2)意(x,y)(y,z)∈萨即有(x,∈F即R是传递的;〔3若(x,y)(g,x)∈R,即有xy,即是反对称的;所以k是一个偏序关系。但是,为e,∈A,(e)R且(e,c)B,所以不是灬个全序关系若R实A×A是A上的一个偏序关系,则I)A的任一子集B按关系R仍是一个偏详集合,即B(BXB》∩是B上的偏序关系若B按关系R还是一个全序集合,则称其为A的个全序子集。[)设b∈4,若对x∈A均有r助,称b为A的末位元系()设a∈A若对x∈A均有Rx,称a为A的初位元Ⅳ)若b∈A对任意t∈A且l则称b为A的一个最大元素。若m∈A对任意x∈A且→=a则称a为A的一个最小元亲例2.L.6设A={7,4,23,2,5)为一有限整数粜,定义A上的一个二元关系R_{∈A,x≤y2),(4,4),(415),〔47),(4,12),(2,12)(3,3),(3,4),(35),(3;73,12),(2,2),(2,3)、(2,2(2,5),(2,7,(2,12),(5,5),(5,7〕,(苏,2)}显然,孩关系R(即“≤”),A是…个全序集合同时是A的韧位元,也是最小元:12是A的末位兀,也是最大元例2.L.725的关系星可以用图2.1.表示,共中a,即存在有向连线由x到yA的仟一子集加D一{e1b,a}按关系B仍是个偏序集合,而且此时B还是A的一个全序子集在A中按关系R,是末位元也是量大元和c均为A献最小元但A无初位元,月为e和c不存在关系R讲而,假定R是集合A上时一个编序关系,对于B4,则有M)r∈A称为由规定的B的一个上界,当且仅当图2.1.1关系R对∈B有xR。如果a是由R规定的P的一个上界,而对于由R规定的B的任意其它上界p均有aR,则称a为B的最小上界,或上确界.记为m=Lp3()a∈A称为由R规定的的一个下界,当且仅当对yr∈B有aR。如果a是由R规定的B的一个下界,而对于由R规定的B的任意其它下界A,均有山B则称t为B的最大下界或下确界,记为=infB。例2.1.8设A={z∈R:01二R为一闭区何,而B一{x∈R:.2
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Latex排版学习笔记
Latex排版学习笔记，用于Latex学习入门与提高。共9章内容，较为全面。目录第一章基本使用1.1基本排版流程1.2文本排版..1.2.1英文文档12.2输入特殊字符1.2.3段落换行124中文文档777789991.3列表环境1.4文档结构101.4.1文档类别101.4.2标题摘要111.4.3章节目录1.4.4参考文献121.5插入表格131.5.1基本表格131.5.2跨列表格131.5.3浮动表格141.6插入图片151.6.1图文并排的小图片16.2图文分开的大图片161.6.3位置浮动的大图片17第二章格式调整21各种长度单位1922字体使用192.2.1字体编码193日录222字体族名20223字体系列20224字体形状20225字体大小23段落对齐2223.1居中对齐22232单侧对齐2224页面大小布局232.5目录页格式24第三章数学公式2631两种公式263.2各种字母273.3数学函数3.4配对括号283.5多行公式3.6定理环境31第四章图形绘制334.1画交换图3341.1用 ascd包画交换图3341.2用 diagrams包画交换图33413用ⅹy-pic包画交换图344.2画图语言和画图软件3543PGF/TkZ绘图364.3.1画流程图3643.2函数图像374.3.3几何图形第五章演示文稿395.1最简单例子5.2逐步显示4153主题模板4254中文演示43目录第六章高级应用446.1输入各种撇号引号6.2文件拆分及独立编译446.3合并多个PDF文件6.4错误处理466.4.1编译时的错误信息476.4.2编译时的警告信息47第七章背景资料7.1TeX系统的前世今生497.2TeX系统的目录结构507.3TeX系统的文件查找51第八章字体详解8.1字体类型与文档格式548.2新字体选择方案NFSS5583中文排版历程568.3.1CCT中文排版8.3.2CJK中文排版578.3.3 XeTeX中文排版第九章相关软件609.1纯文本编辑器609.1.1 TeXmaker编辑器6091.2 Te Xworks编辑器619.1.3正向搜索与反向搜索629.2可视化编辑器639.2.1IyX文档处理软件639.22 TeXmacs文档排版软件659.3新版 Office的公式排版6694在网页中显示数学公式67附录ATeX排版原理69A.1读取文件A.2生成盒子70A.3分段为行71A.4组行为页6日录附录 B PostScript语言75B.1PS语言的基本知识B.2PS语言的点阵图像B.3PS语言的点阵字体附录C常用宏包介绍81第一章基本使用1.1基本排版流程和 Microsoft office Word等所见即所得的办公软件不同,用Ix排版文档,首先要用文本编辑器编辑好tex文档,然后通过各种程序编译,得到pdf文档用于打印或者阅读。基本的排版流程如下图:xelatextexpalatelatexs pdfdvipsd.ps般我们经常用 datex或者 xelatex程序直接从tex文件生成pdf文件如果是中文tex文档,优先使用ⅹ elate程序编译。如何使用编辑器以及编译文档在后面的章节有详细介绍。12文本排版121英文文档最简单的TX英文文档如下:第一章基本使用l hello. texdocumentclass La4paper]articlesusepackagethyperref]egintdocumentyHello worldend]我们来看看上面的tex文档内容。在Ix里面,每行的%符号后面的内容都表示注释,在编译时都会被忽略。因此第一行的内容没有任何结果接着看第二行。在ⅣX文档中,用开始的字母串来表示一个命令,这里的 documentclass是1X文档的基本命令,用于指明文档类。命令后面用花括号包含的内容是该命令的参数,必不可少。对于这个例子, article参数就指明我们撰写的是一篇文章,类似地还可以用book或者 report参数,分别表示书籍和报告。命令后用方括号[]包含的内容是该命令的选项,选项可以省略,省略时必需连冋方括号也去掉。如果选项省略,将会使用默认值。这里例了的a4 paper指明我们文档的页面是A4纸张的大小,改为b5 paper就是B5纸张的大小。第三行的 usepackage命令也是IX的基本命令,用于载入I①X宏包I系统中包含了各种各样的宏包,对IX的基本功能作了各种扩展。我们这一行载入的 hyperref宏包后面将介绍到。接下来在 begin{ document}和 endidocument}之间的部分我们称为正文区,一般用于正文内容的撰写。这个例子的正文内容只有简单的 Hello wor1d!对应的,在 documentclass和 beginidocument}命令之间的部分我们称为导言区,一般用于载入宏包,定义命令和调整格式。X文档把格式和内容部分分开,是一种良好的设计准则。1.2.2输入特殊字符在ⅣX的文本内容中,大部分字符都可以直接输入,但是#,$,%,&,{,}这几个字符由于有特殊用途不能直接输入。我们可以按照下表的方式输入这些特殊字符输入#${}、-O显示#8%k输入 Textless extgreater extbartextbackslash显示1.3列表环境另外, Latex中是区分左右引号的,输入`和‘分别显示左右单引号,输入`和“分别显示左右双引号。连字号、起止号和破折号看起来都是一个差不多的短横线,但输入的方式也是不同的。用-得到连接单词的连字号-,用--得到表示数字范围的起止号,用---得到英文的破折号。123段落换行用一个空行或者par命令可以开始新的段落,同时会有默认的首行缩进。用或者 newline可以强制换行在下一行继续,且在下一行不会有缩进。12.4中文文档Latex中文文档的排版有各种方式,例如CCT,CJK,ⅹeCJK等等。目前最优秀的方式是用ctex文档类来排版中文文档,它在其它各种方式的基础上以一致的方式解决了中文排版的问题。例如:documentclass [UTF8] Ictexart]eginidocument)中文内容测试!endfdocumentH使用这种方式,只需要将文档类从英文的 article改成 ctexart,所有中文环境和章芇编号等等都已绎按照中文习惯设置好了,简单易行。例子屮的UIF8这个可选参数指明了中文文档的编码。编码主要有这两种:GBK和UTF8,而不同的 Latex编辑器对中文文档的默认编码不同。以CTeX套装29版本包含的两个编辑器为例, Winedt编辑器的默认中文编码为GBK,而ReWorks编辑器的默认中文编码为UTF8。因此,对于初学者,为了避免乱码的出现,最好根据编辑器的默认情形来选择编码,如果使用的是 Winedt编辑器,将文档的编码设为GBK,如果使用的是reκ works编辑器,将文档的编码设为UTF8。如果编码不指定,默认为GBK另外,对于bok和 report文档类,也有对应的 ctexbook和 ctexrep中文文档类,其用法类似。1.3列表环境Latex的命令实际上也有不同的类型,形如begin环境名}.lend环境名}第一章基本使用的命令组合我们称为环境。环境一般用于对某种类型的段落用特殊的形式来显示。在文本段落中,常见的环境有列表环境。列表环境有三种:无序列表( itemize)、有序列表( enumerate)和描述列表( description)。它们的使用方式和显示效果如eginfitemize]item无编号的列表无编号的列表item带编号的列表·带编号的列表item带标签的列表带标签的列表end[]Abegintenumeratehitem无编号的列表1.无编号的列表item带编号的列表2.带编号的列表iem带标签的列表3.带标签的列表endtenumeratelegintdescriptionhitem[无序列表]无编号的列表。无序列表无编号的列表。item[有序列表]带编号的列表。有序列表带编号的列表item[描述列表]带标签的列表。描述列表带标签的列表。endidescriptionh14文档结构4.1文档类别前面已经讲过,用下面的命令可以指定文档类documentclass[选项]{文档类其中文档类有文章( article),书籍(book),报告( report),书信( letter)这几种选择。文档类的选项有下面这些。页面大小(a4 paper,a5 paper,b4 paper, letterpaper, legalpaper, executiveper):默认的 letterpaper常见于美国,其大小为216毫米乘以279毫米(即8.5英寸乘以11英寸),而国内常用的a4 paper的大小为210毫米乘以297毫米,两者稍有区别。虽然这里可以指定不同的页面大小,但是纸张却始终为A4大小。比如你指定为A5页面大小,那么生成的PDF文件中,内容只在A4纸张的左上角。
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