770AA - Istituzioni di Analisi Matematica

2026-2027

Laurea Magistrale in Matematica

Università di Pisa


Questo corso è un'introduzione all'Analisi Funzionale ed agli Spazi di Sobolev.

Il corso ha una durata di 72 ore (11 crediti).

Docenti


Giovanni Alberti (https://people.dm.unipi.it/alberti/)


Bozhidar Velichkov (http://www.velichkov.it/)

Tutorato


Da settembre 2026 è attivo un servizio di tutorato.

I ricevimeniti si svolgeranno mercoledì pomeriggio (14:00-16:00), venerdì pomeriggio (14:00-16:00) oppure su appuntamento.

Gli studenti interessati possono contattare Filippo Paiano (filippo.paiano@phd.unipi.it).

Orario


Lunedì 16:00 - 18:00, martedì 16:00 - 18:00, mercoledì 09:00 - 11:00.

Esame


Scritto e orale.

Programma


Capitolo 1. Spazi di Banach, funzionali lineari continui, spazio duale, spazio biduale, spazi riflessivi, teoremi di Hahn-Banach. Gli spazi Lp ed i loro spazi duali: il duale di Lp nel caso ∞>p>1, il duale di L1 è L∞, il duale di L∞ non è L1.


Capitolo 2. Convergenza debole e convergenza debole-star. Proprietà della convergenza debole, limitatezza delle successioni debolmente convergenti, semincontinuità della norma. Lemma di Baire e teorema di Banach-Steinhaus. Topologia debole e topologia debole-star. Metrizzabilità della topologia debole. Teorema di Tychonoff e teorema di Banach-Alaoglu-Bourbaki. Spazi di Banach separabili e spazi duali separabili. Lo spazio L1 non è uno spazio duale.


Capitolo 3. Spazi di Sobolev di funzioni di una variabile. Derivate deboli e definizione degli spazi W1,p su intervalli. Gli spazi W1,p(I) come spazi di Banach. Teorema fondamentale del calcolo integrale in W1,p(I). Approssimazione con funzioni regolari. Somma, prodotto, modulo, inf e sup di funzioni di Sobolev. Teoremi di estensione. Limitatezza delle funzioni di Sobolev. Serie di Fourier. Applicazioni alla risoluzione di problemi ellittici e parabolici.


Capitolo 4. Spazi di Sobolev di funzioni di più variabili. Derivate deboli e definizione degli spazi W1,p in dimensione N. Completezza degli spazi W1,p. Approssimazione con funzioni regolari. Teoremi di estensione. Disuguaglianza di Poincaré. Disuguaglianza di Poincaré-Wirtinger. Teorema di Rellich. Disuguaglianza di Gagliardo-Nirenberg-Sobolev. Immersioni di Sobolev nel caso critico p=d. Lemma di Morrey e immersioni di Sobolev nel caso p>d. Formulazione debole di problemi ellittici. Equazione del calore su domini limitati. Operatori compatti su spazi di Hilbert. Teorema spettrale. Autovalori e autofunzioni del Laplaciano di Dirichlet.

Dispense


Capitolo 1. Parte 1. Spazi di Banach e di Hilbert - definizioni ed esempi


Capitolo 1. Parte 2. Operatori lineari continui su spazi di Banach


Capitolo 1. Parte 3. Lo spazio duale di Lp


          Capitolo 1. Parte 3.1. Disuguaglianze di Clarkson


          Capitolo 1. Parte 3.2. Variazione prima della norma Lp


Capitolo 1. Parte 4. Lo spazio duale di L1


Capitolo 1. Parte 5. Teorema di Hahn-Banach


Capitolo 1. Parte 6. Lo spazio duale di L-infinito


Capitolo 1. Parte 7. Lo spazio duale come uno spazio di Banach


Capitolo 1. Parte 8. Spazio biduale e spazi riflessivi


Capitolo 1. Parte 9. Spazi duali e separabilità


Capitolo 1. Parte 1. Convergenza debole e convergenza debole-star - definizioni ed esempi


Capitolo 1. Parte 2. Convergenza debole, convergenza debole-star e norma


          Capitolo 2. Parte 2.1. Seconda disuguaglianza di Clarkson (non fatto a lezione)

Registro
delle lezioni


Lezione 1 (B.V.) - mercoledì 23/09/2026, dalle 09:00 alle 11:00.
Introduzione al corso. Spazi di Banach e Hilbert, funzionali lineari continui su spazi di Banach. Definizioni ed esempi.


Lezione 2 (B.V.) - lunedì 28/09/2026, dalle 16:00 alle 18:00.
Funzionali lineari continui su Lp. Lemma di Clarkson.
Il duale di Lp è Lq : dimostrazione nel caso 2≥p>1.


Lezione 3 (B.V.) - martedì 29/09/2026, dalle 16:00 alle 18:00.
Il duale di Lp è Lq : dimostrazione nel caso p≥2. Esistenza e unicità della proiezione su un sottospazio chiuso di Lp nel caso p≥2. Funzionali lineari continui su L1 associati ad una funzione L∞ - definizione e calcolo della norma operatoriale. Il sup della norma operatoriale non è realizzato - esempi sulla retta reale e nel piano euclideo; una condizione generale sulla funzione L∞ che determina quando la norma del funzionale associato viene realizzata.


Lezione 4 (B.V.) - mercoledì 30/09/2026, dalle 09:00 alle 11:00.
Il duale di L1 è L∞ - dimostrazione per domini di misura finita e per domini di misura infinita.
Teorema di Hahn-Banach I - esempi e applicazioni. Esistenza di un funzionale lineare di norma ≤1 che realizza la norma di un determinato vettore - esempio di non-unicità di questo funzionale in L1 e di unicità in uno spazio di Hilbert.


Lezione 5 (B.V.) - martedì 6/10/2026, dalle 16:00 alle 18:00.
Teorema di Hahn-Banach I - estensione di un operatore lineare limitato - dimostrazione nel caso generale e nel caso di uno spazio separabile. Teorema di Hahn-Banach II - esistenza di operatore limitato che si anulla su un determinato spazio vettoriale chiuso. Lo spazio duale di L∞ non è L1 - dimostrazioni.


Lezione 6 (B.V.) - mercoledì 7/10/2026, dalle 09:00 alle 11:00.
Lo spazio duale di uno spazio di Banach è uno spazio di Banach. Sopazio biduale. Spazi riflessivi - definizione ed esempi - Lp è riflessivo, L∞ e L1 non sono riflessivi.


Lezione 7 (B.V.) - lunedì 12/10/2026, dalle 16:00 alle 18:00.
Convergenza debole in spazi di Banach. Convergenza debole-star nel duale di uno spazio di Banach. Convergenza debole in Lp. Successioni che traslano all'inifinito e successioni oscillanti.


Lezione 8 (B.V.) - martedì 13/10/2026, dalle 16:00 alle 18:00.
Compattezza debole-star delle successioni limitate nel duale di uno spazio di Banach separabile. Compattezza debole delle successioni limitate in Lp. Semicontinuità della norma rispetto alla convergenza debole: in Lp ed in uno spazio di Banach generico. Teorema di Radon-Riesz in Lp con dimostrazione nei casi p=2 e p>2. Le successioni debolmente convergenti sono limitate.

Bozhidar Velichkov

bozhidar.velichkov[chiocciola]unipi.it