测度论5之可测函数

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测度论5之可测函数

2024-07-11 03:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

测度论5之可测函数 Sep 16, 2020 · 测度论  · 分享到: 可测函数 点集上的函数 广义实数 点集上的连续函数与函数列的极限 >这时我们就说序列\(\{f_{n}\}\)(逐点)收敛到\(f\),或说函数\(f\)是序列\(f_{n}\)的(逐点收敛)极限函数。 “几乎处处连续” 勒贝格可测函数 补充:稠密与疏朗 可测函数运算性质 简单函数 可测函数的构造 补充:集合与函数 点集上的函数 广义实数

定义1:广义实数:\(R\cup \{-∞,+∞\}\)

规定\(0\times\pm ∞=0\)

下面几种无穷运算无意义。 \[\frac{∞}{∞},\frac{∞}{0},\frac{a}{0}\\ (+∞)-(+∞),(-∞)-(-∞),(+∞)+(-∞),(-∞)+(+∞)\]

点集上的连续函数与函数列的极限

定义2:对于在\(E\subset R^n\)上的函数\(f\),我们用记号: \[E[f(x)>a]\] 表示\(E\)中满足\(f(x)>a\)的点\(x\)的集合全体,即 \[E[f(x)>a]=\{x|x ∈ E,f(x)>a\}\]

类似的可以定义:\(E[f(x)>a],E[f(x)t\}\cup \{x ∈ A:g(x)>t\}\\ &第一个因为f(x)=g(x),第二个因为m(A)=0\\ &=\{x ∈ E-A:f(x)>t\} 为可测集 \end{aligned}\] 由此可知,对于一个可测函数来说,当改变它在零测集上的值时不会改变函数的可测性

勒贝格可测函数

定义:可测函数:\(f(x)\)是定义在可测集\(E\subset R^n\)上的广义实值函数,如果对于\(\forall t ∈ R^1\),有点集 \[\{x ∈ E:f(x)>t\}(或简写作x:f(x)>t)\] 是可测集,则称\(f(x)\)是在\(E\)上可测函数,或称\(f(x)\)在\(E\)上可测。

这一定义中虽然指的是对任意的\(t\in R^1\),但实际上我们只需要对\(R^1\)中的一个稠密集中的元\(r\),指出集合\(\{x:f(x)>r\}\)是可测集即可。

补充:稠密与疏朗

补充定义:稠密。若\(A⊂B且\bar A=B\), 则称A在B中稠密,或称A是B的稠密子集。A的闭包等于B。

稠密的相对概念是无处稠密,又称疏朗。如果一个闭包的内核是空集,即\(\bar E^\circ=\emptyset\),则称\(E\)在\(R^n\)上是无处稠密集(疏朗集)。

例如,\(E\subset R^n\),若\(\bar E =R^n\)则称\(E\)为\(R^n\)中的稠密集。有理数集和无理数集都是稠密集。整数、\(集合\{1,1/2,1/3,\dots \}\)、Cantor集在实数轴\(R\)上是无处稠密集。

无处稠密的闭集的补集是一个稠密的开集,因此无处稠密集的补集是内部为稠密的集合。一个无处稠密集并不一定就是可忽略的。例如,如果\(X\)位于单位区间\([0,1]\),不仅有可能有勒贝格测度为零的稠密集(例如有理数集),也有可能有测度为正数的无处稠密集。

例如(一个康托尔集的变体),从\([0,1]\)内移除所有形为\(a/2n\)的最简二进分数,以及旁边的区间\([a/2^n − 1/2^{2n+1}, a/2^n + 1/2^{2n+1}]\);由于对于每一个\(n\),这最多移除了总和为\(1/2^{n+1}\)的区间,留下的无处稠密集的测度就至少是\(1/2\)(实际上刚刚大于0.535……,因为重叠的原因),因此在某种意义上表示了\([0,1]\)的大多数空间。

定理:设\(f(x)\)是可测集\(E\)上的函数,\(D\)是\(R^1\)中的一个稠密集。若对任意的\(r ∈ D\),点集\(\{x:f(x)>r\}\)都是可测集,则对任意的\(t\in R^1\),点集\(\{x:f(x)>t\}\)也是可测集。

证明:任选一个实数\(t\),因为\(D\)在\(R^1\)中稠密,所以我们能够在\(D\)中取一点列\(\{r_k\}\),使得 \[r_k≥t(k=1,2,\dotsb); \lim_{k→ ∞}r_k=t\] 我们有 \[\{x:f(x)>t\}=\bigcup_{k=1}^∞ \{x:f(x)>r_k\}\] 因为每一个点集\(\{x:f(x)>r_k\}\)都是可测集,可测集的任意并集也是可测集,所以\(\{x:f(x)>t\}\)也是可测集。

定理:等价定义:对于\(E\)上的可测函数\(f(x),t ∈ R^1\),则以下点集都可测:

\(\{x:f(x)≤t\}=E-\{x:f(x)>t\}\) \(\{x:f(x)≥t\}=\bigcap\limits_{k=1}^∞\{x:f(x)>t-\frac{1}{k}\}\) \(\{x:f(x)


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