其实很多人对泛函的理解都是有些困惑的。主要困惑点在两方面:1,,我们平时总是把函数与函数值混为一谈,因此会分不清复合函数与泛函区别。2,不能理解空间向量
本身就是一种函数,因此无法理解空间向量的函数是泛函。
下面先说困惑点1:
函数是一种映射关系。如f(x): y=2x。函数f(x)是x →" role="presentation">
y的映射关系。函数值是一个数值y。
我们用牛顿第二定理
(物体的加速度与所受力大小的关系)来举例。g(F): a=Fm" role="presentation">a=Fm" role="presentation"> 。其中F为物体受到的力,m为物体的质量(常数),a为物体的加速度。其中,加速度a是函数值,牛顿定理才是函数。函数g(F)(牛顿定理)是F →" role="presentation">
a的映射关系。所以先贤们总结出来的那些变量之间的关系才是函数。根据公式计算出来的结果是函数值。
说清楚什么是函数,什么是函数值之后,再解释泛函就容易了。
泛函是函数的函数。如:f(x)是x的函数,那么g(f(x))就是泛函了。有人会说,这不是复合函数么?哈哈哈,恭喜你,你又把函数和函数值混淆了。如果把g(f(x))中的f(x)看成是函数值,g(f(x))就是复合函数。如果把g(f(x))中的f(x)看成是函数(映射关系),则g(f(x))就是泛函。若此时你还是感觉有些糊涂,没关系,等你看了下面的例子就清楚了。
举个例子:假设 f1(x)" role="presentation">
代表的是牛顿第二定理, f2(x)" role="presentation"> 代表胡克定理( Δl=ΔFk" role="presentation">Δl=ΔFk" role="presentation"> )。如果 g(f(x))" role="presentation"> 调用的是f1(x)" role="presentation">牛顿第二定理,则结果是1, g(f1(x))=1" role="presentation"> ;如果 g(f(x))" role="presentation"> 调用的是f2(x)" role="presentation">胡克定理则结果是2, g(f2(x))=2" role="presentation">
。这个例子中g(f(x))就是泛函。
考虑 g(f(x2))" role="presentation">
与 g(f2(x))" role="presentation"> 的区别。如果你把g(f(x))中的f(x)看成是函数值如: f(x2)" role="presentation"> ,则g(f(x))就是复合函数。但是,如果你把f(x)看成是一种映射关系(f1(x)" role="presentation"> 与f2(x)" role="presentation">
),则g(f(x))就是泛函。
考虑 g(f(x2))" role="presentation">
与 g(f2(x))" role="presentation">
的区别。
考虑 g(f(x2))" role="presentation">
与 g(f2(x))" role="presentation">
的区别。
考虑 g(f(x2))" role="presentation">
与 g(f2(x))" role="presentation">
的区别。
重要的事情说三遍。
其实,我们平时在分析和使用函数时,不注意区分函数与函数值的区别,f(x)即可以用来表示函数,又经常用它来代表函数值。这种情况下,很容易出现复合函数与泛函的混淆。:
总结一下:
函数是数到数的映射
泛函是函数到数的映射
以上回答稍显啰嗦,主要是为了便于理解和强化记忆。
困惑点2:空间向量本身就是函数
评论区有人提到,空间向量到数的映射也称为泛函。好像这种泛函不是函数到数的映射,而是空间到数的映射,与上文的解释有矛盾。其实,空间中的向量也是函数中的一种,因此空间向量到数的映射也称为泛函。下面就解释一下为什么空间向量本身就是函数。
假设三维空间里有一个点(a,b,c),同时我们设想有这样一个函数f(x),这个函数的定义域是三维空间中的坐标系标号(i,j,k),注意这里的(i,j,k)是坐标系的标号,不是坐标的具体值,这里干脆用(1,2,3)来做标号吧。同时需要注意的是:函数f(x)的定义域只有这三个元素,即这三个标号。我们令:f(1)=a,f(2)=b,f(3)=c。这样的f(x)是不是正好可以用来代表空间中的点(a,b,c)。
空间中的另一点(a2,b2,c2)是不是也可以用另外一个函数f2(x)来表示?即:f2(1)=a2,f2(2)=b2,f2(3)=c2。同理,是不是空间中任意一点(an,bn,cn)都可以用一个函数fn(x)来表示?fn(1)=an,fn(2)=bn,fn(3)=cn。
既然我们可以用fn(x)来代表空间中的点(an,bn,cn)。同样,我们也可以用空间中的点(an,bn,cn)来代表函数fn(x)。这样我们可以说,空间中的一个点,就是一个函数,在空间上选了不同的点就等于选了不同的函数。
当然空间中的点还代表空间的向量,即这个点到零点的向量。由于空间中一个点可以代表一个函数,因此空间中的这个向量也可以代表这个函数:即空间中的向量可以看成是函数。
着重强调一下:在空间上选了不同的点就等于选了不同的函数,向量空间也是函数空间的一种。
如果你还是不能理解泛函与函数的区别,欢迎在评论区讨论,我会根据讨论结果对答案进行调整。