- •Теорія міри та інтеграла лебега
- •Глава I
- •1.1. Поняття множини, операції над множинами
- •Задачі.
- •1.2. Поняття відображення і взаємно однозначначної відповідності
- •Задачі.
- •3.1. Зчислені множини та їх властивості
- •Множини потужності континууму
- •Приклади важливих множин потужності континууму.
- •Двійкові дроби.
- •5.1 Існування потужності більшої, ніж с
- •Застосування теореми Бернштейна
- •Задачі.
- •Глава II
- •Властивості відкритих і замкнених множин
- •Глава III
- •3.1. Елементарні множини та їх властивості
- •. Міра елементарних множин та її властивість
- •3.3 Поняття зовнішньої міри обмеженої множини і її властивості.
- •3.4 Поняття вимірної множини
- •3.5 Поняття внутрішньої міри обмеженої множини.
- •Приклади вимірних множин і невимірної множини.
- •Приклад невимірної обмеженої множини.
- •3.6. Поняття півкільця, кільця, -алгебри
- •3.7. Поняття вимірної множини в
- •Узагальнення поняття вимірності в
- •3.8 Загальне поняття міри
- •Глава iy
- •Означення вимірної функції.
- •4.2.1 Приклади вимірних функцій
- •4.3.1. Загальні властивості вимірних функцій
- •4.4.1. Властивості вимірних функцій пов’язані з алгебраїчними операциями
- •4.5.1. Граничний перехід у класі вимірних функцій
- •Глава y
- •5.1. Означення інтеграла Лебега для простої функції і його властивості.
- •Приклади простих функцій інтегровних за Лебегом
- •Властивості інтеграла Лебега від простих функцій
- •5.2. Інтеграл Лебега і його властивості у загальному випадку.
- •Властивості інтеграла Лебега у загальному випадку
- •5.3. Граничний перехід під знаком інтеграла Лебега
- •5.4 Порівняння інтегралів Рімана і Лебега
- •5.5. Інтеграл Лебега по множені нескінченної міри
Приклад невимірної обмеженої множини.
Два
числа
будемо
називати еквівалентними, якщо їх різниця
є раціональне число. Через
позначимо множину усіх чисел еквівалентних
числу
.
Очевидно, що якщо числа
еквівалентні, то
.
Різні класи не мають спільних елементів.
Дійсно, якщо
,
то
,
а тоді
.
Отже числа
еквівалентні і
.
Розглянемо множину
усіх різних класів. Оскільки множина
незчисленнна, то використовуючи теорему
Цорна, із кожного класу виберемо по
точці
і множину вибраних точок позначимо
через
.
Нехай
усі раціональні числа сегмента
записані у послідовність:
.
Позначимо через
зсув множини
на число
,
тобто
,
зокрема
.
Тоді
.
(3.4.20)
Дійсно,
нехай
.
Число
попаде в клас
.
Нехай представником цього класу у
множині
буде число
.
Тоді різниця
і є число раціональне, тобто
.
Отже число
є зсув числа
на величину
,
тобто
.
Важливо,
що множини
і
не мають спільних елементів, якщо
.
Дійсно, нехай
.
Тоді
,
де
належать множини
і, внаслідок означення класу
,
є представниками різних класів
і
.
Але із зображення числа
випливає, що різниця
є раціональне число. Отже числа
не можуть належати різним класам
і
.
Одержана суперечність спростовує
припущення, що множини
і
мають спільні елементи.
Нехай
.
Оскільки
зсув
множини
,
то
![]()
.
На підставі співвідношення (3.4.20) і
властивості зовнішньої міри маємо
.
Отже,
.
(3.4.21)
Оскільки
,
а
,
то кожна множина
і отже
.
Тоді на підставі властивості внутрішньої
міри дістаємо
.
Звідки випливає, що
.
(3.4.22)
Із
(3.4.21)
(3.4.22) випливає невимірність множини
.
Зауваження
1. Якщо
у приведеної побудові невимірної множини
замість сегмента
взяти довільну вимірну за Лебегом
множину
,
додатної міри, то тиж самі міркування
позволили би одержати невимірну множину
.
3.6. Поняття півкільця, кільця, -алгебри
Означення
3.6.1. Система
множин
називається півкільцем, якщо вона
містить порожню множину, перетин будь
яких множин з ,
а також, якщо
![]()
,
,
то знайдуться попарно неперетинні
множини
такі, що
.
(3.6.1)
Означення
3.6.2.
Непорожня система множин
називається кільцем, якщо вона разом з
будь-якими множинами
містить їх об’єднання, перетин і
різницю.
Будь-яке
кільце є півкільцем. Дійсно, так як
не порожня множина, то існує
,
отже
,
і очевидно виконується умова (3.6.1):
достатньо взяти
.
Множина
системи множин називається одиницею
системи ,
якщо до будь-якої множини
з цієї системи
Приклади.
1. Нехай
довільна
множина, система множин
є кільце.
2. Нехай
довільна
множина, система усіх підмножин множини
є кільце.
3. У
прикладах 1,2 множина
є одиницею кільця.
4. Множина
усіх відрізків
є півкільце. Дійсно порожня множина
є інтервал
,
перетин двох відрізків є відрізок і
різниця двох відрізків є або відрізок
або сума двох відрізків. Проте множина
усіх відрізків не буде кільцем тому, що
сума двох неперетинних відрізків не є
відрізком.
5. Множина
усіх елементарних множин із
буде кільце. Це випливає з властивостей
1 – 4 елементарних множин. Одиниці немає,
оскільки немає елементарної множини,
що містить усі інші елементарні множини.
6. Множина
усіх елементарних множин, що містяться
у деякому сегменті
,
є кільце. Сегмент
є одиниця кільця.
7. Множина
усіх вимірних за Лебегом множин із
буде кільце. Це випливає з властивостей
1 – 4 вимірних множин. Одиниця кільця
є множина
.
8. Множина
усіх обмежених і вимірних за Лебегом
множин із
буде кільце без одиниці тому, що
необмежена
множина.
Означення
3.6.3. Кільце
називається -кольцом,
якщо
разом з послідовністю
містить їх об’єднання
.
Означення
3.6.4.
-кольцо
з
одиницею називається
-алгеброю.
Теорема
3.6.1.
-алгебра
разом з послідовністю
містить їх перетин
.
Доведення.
Нехай
одиниця
-алгебри
і
довільна послідовність множин із .
Внаслідок співвідношень двоїстості
.
Оскільки
є -алгеброю,
то права частина належить ,
отже і
належить .
Завдяки цієї теореми -алгебру ще називають -алгеброю.
Зауваження
2.
Внаслідок означення 3.5.4 і завдяки
властивості 8 вимірних множин, множина
усіх вимірних за Лебегом множин, що
містяться у деякому інтервалі
,
буде -алгеброю,
одиниця якої є інтервал
.
Означення 3.6.5. Нехай довільна система множин. Мінімальною (або найменшою) -алгеброю, що містить систему множин , називається перетин усіх -алгебр, що містять систему множин .
Мінімальна
-алгебра
існує. Нехай
і (X)
-алгебра
усіх підмножин множини X.
Перетин усіх -алгебр,
що містяться у (X)
і містять систему множин,
і буде мінімальною -алгеброю.
Означення 3.6.6. Мінімальна -алгеброю, що містить систему усіх інтервалів, називається борельовою, а множини, що належать борельовою -алгебри, називається борельовами множинами.
Означення
3.6.7. Борельовами
множинами відносно множини
називається перетин
,
де
довільна
множина.
Зауваження
3. Із
зауваження 1 і означення відносно
борельових множин випливає, що -алгебра
борельових відносно деякому інтервала
,
буде частиною -алгебри
усіх вимірних за Лебегом множин, що
містяться у інтервалі
.
Зауваження 4. Так як -алгебра усіх вимірних за Лебегом множин містить усі інтервали, то із означення -алгебри борельових множин, як мінімальної -алгебри, що містить усі інтервали, випливає, що кожна борельова множина вимірна за Лебегом. Більш того потужність множини усіх борельових множин є континуум, а потужність множини усіх вимірних за Лебегом множин більша за континуум.
