關於逆映射定理的證明?

書上第一步是要證明f是單射,為此定義了一個函數和一個常數,由此估計f的增量。這種證明令我十分困惑,因為完全想不到構造的理由,沒辦法自己獨立證明。

想知道這個定理有沒有更加自然的證明呢?或者是高觀點下的理解?


謝邀: 我認為的最「自然」的也是「高觀點」的理解方法,是把「逆映射定理」看成是「隱函數」定理的特殊情況,而隱函數的定理證明是非常自然的 (如果你學過不動點原理): 對於函數 F(x,y)=0 ,設 F(x_0,y_0)=0 ,不妨認為 F_y(x_0,y_0)=I 構造一個映射 T(y)=y-F(x,y) , 利用壓縮映像原理可以證明在 x_0 附近的點 x 一定存在 T 的不動點 u(x) , 也就是 u(x)=T u(x)= u(x)-F(x,u(x)) ,所以我們總可以找到 u(x) 使得 F(x,u(x))=0 ,然後利用 F 本身的正則性,我們可以發現 u 是一個連續可導的函數, 也就是正則化的提高。這個過程只需要用到它是「不動點」這個性質就好了。rudin的書上的處理方式是直接把這個思路用到了證明逆映射定理,然後用逆映射定理證明隱函數定理。

現在我(不精確地)總結一下為什麼這個思路自然:第一,只要是不動點,你就一定可以提高它的正則性,第二,為了找不動點,最自然的構造 T(y)=y-F(x,y) 。這個思路的厲害之處在於,你可以無縫地把這個結論推廣到無限維空間中,下面是一般的形式:

大部分教材中的證明都是千錘百鍊的你想不到也是正常的,重點是你要去細細揣摩。

這裡的結果來自張恭慶院士的"methods in nonlinear functional analysis"

隱函數定理是一個非常根本性的「定理」,它和pde中的「連續性方法「這種最基本的思路是息息相關。所以,大部分非線性分析的第一章就需要介紹這個定理。


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