[实变函数]5.3 非负可测函数的 Lebesgue 积分
本节中, 设 $f,g,f_i$ 是可测集 $E$ 上的非负可测函数, $A,B$ 是 $E$ 的可测子集.
1 定义:
(1) $f$ 在 $E$ 上的 Lebesgue 积分 $$\bex \int_E f(x)\rd x =\sup\sed{\int_E\phi(x)\rd x; 0\leq \phi\leq f}. \eex$$
(2) $f$ 在 $E$ 上 Lebesgue 可积 $\dps{\lra \int_Ef(x)\rd x<+\infty}$.
(3) $f$ 在 $A$ 上的 Lebesgue 积分为 $$\bex \int_A f(x)\rd x =\int_E f(x)\chi_A(x)\rd x. \eex$$
2 性质
(1) $\dps{mE=0\ra \int_Ef(x)\rd x=0}$.
(2) $\dps{\int_Ef(x)\rd x=0\ra f(x)=0,\ae}$ 于 $E$.
证明: 由 $$\bex E[f>0]=\cup_{k=1}^\infty E\sez{f\geq\frac{1}{k}} \eex$$
知仅须证明 $\dps{mE\sez{f\geq \frac{1}{k}}=0}$: $$\beex \bea 0&=\int_E f(x)\rd x \geq \int_E \phi_k(x)\rd x\quad\sex{E_k=E\sez{f\geq \frac{1}{k}}, \phi_k(x)=\sedd{\ba{ll} \frac{1}{k},&x\in E_k\\ 0,&x\not\in E_k \ea}}\\ &=\frac{1}{k}\cdot mE_k. \eea \eeex$$
(3) $\dps{\int_Ef(x)\rd x<+\infty\ra 0\leq f(x)<+\infty,\ae}$ 于 $E$.
证明: 仅须证明 $E_\infty=E[f=+\infty]$ 为零测度集: $$\beex \bea \int_Ef(x)&\geq \int_E \phi_k(x)\rd x \quad\sex{\phi_k(x)=\sedd{\ba{ll} k,&x\in E_\infty\\ 0,&x\not\in E_\infty \ea}}\\ &=k\cdot mE_\infty. \eea \eeex$$
(4) $\dps{A\cap B=\vno\ra \int_{A\cup B}f(x)\rd x=\int_A f(x)\rd x+\int_Bf(x)\rd x}$.
证明: 对 $A\cup B$ 上的简单函数 $0\leq \phi\leq f$, 有 $$\bex \int_{A\cup B}\phi(x)\rd x =\int_A\phi(x)\rd x +\int_B\phi(x)\rd x \leq \int_Af(x)\rd x +\int_Bf(x)\rd x; \eex$$ $$\bex \int_A\phi(x)\rd x +\int_B\phi(x)\rd x =\int_{A\cup B}\phi(x)\rd x \leq\int_{A\cup B}f(x)\rd x. \eex$$
(5) $\dps{f\leq g\ae\ra \int_E f(x)\rd x \leq\int_E g(x)\rd x}$.
证明: 设 $E_1=E[f\leq g], E_2=E[f>g]$, 则 $mE_2=0$, 而 $$\beex \bea \int_Ef(x)\rd x &=\int_{E_1}f(x)\rd x +\int_{E_2}f(x)\rd x\\ &=\int_{E_1}f(x)\rd x\\ &\leq \int_{E_1}g(x)\rd x\quad\sex{0\leq \phi \leq f\ra 0\leq \phi\leq g}\\ &=\int_{E_1}g(x)\rd x +\int_{E_2}g(x)\rd x\\ &=\int_E g(x)\rd x. \eea \eeex$$
(6) $\dps{f=g,\ae\ra \int_E f(x)\rd x=\int_E g(x)\rd x}$.
特别地, $\dps{f=0,\ae\ra \int_Ef(x)\rd x=0}$.
(7) (Levi 单增列) $$\bex f_i\mbox{ 单增}, \lim_{i\to\infty}f_i=f\ra \lim_{i\to\infty}\int_E f_i(x)\rd x =\int_E f(x)\rd x. \eex$$
证明: 由 $f_i\leq f$ 知 $\leq$. 往证 $\geq$. 对 $\forall\ 0\leq \phi\leq f$, $\forall\ 0<c<1$, $$\beex \bea &\quad \int_Ef_i(x)\rd x \geq \int_{E_i}f_i(x)\rd x \geq c\int_{E_i}\phi(x)\rd x \quad\sex{E_i=E[f_i\geq c\phi]}\\ &\ra \int_E f_i(x)\rd x\geq c\int_E \phi(x)\rd x\quad\sex{E_i\mbox{ 单增}, \cup_{i=1}^\infty E_i=E:\mbox{ 这里需要 }0<c<1!}. \eea \eeex$$
(8) (正线性性) $\dps{\int_E[\alpha f(x)+\beta g(x)]\rd x =\alpha \int_E f(x)\rd x +\beta \int_E g(x)\rd x}$.
证明: $$\beex \bea &\quad 0\leq \phi_i\nearrow f,\quad 0\leq \psi_i\nearrow g\\ &\ra 0\leq \alpha \phi_i+\beta \psi_i\nearrow \alpha f+\beta g\\ &\ra \int_E [\alpha f(x)+\beta g(x)] \rd x =\lim_{i\to\infty}\int_E[\alpha \phi_i(x)+\beta \psi(x)]\rd x\\ &\qquad\qquad =\alpha \lim_{i\to\infty} \int_E\phi_i(x)\rd x +\beta \lim_{i\to\infty} \int_E \psi_i(x)\rd x\\ &\qquad\qquad =\alpha \int_E f(x)\rd x +\beta \int_E g(x)\rd x\quad\sex{\mbox{Levi 单增列}}. \eea \eeex$$ (9) (逐项积分) $\dps{\int_E \sum_{i=1}^\infty f_i(x)\rd x =\sum_{i=1}^\infty \int_Ef_i(x)\rd x}$.
证明: $$\beex \bea \int_E \sum_{i=1}^\infty f_i(x)\rd x &=\int_E \lim_{j\to\infty}\sum_{i=1}^j f_i(x)\rd x\\ &=\lim_{j\to\infty}\int_E\sum_{i=1}^j f_i(x)\rd x\quad\sex{\mbox{Levi 单增列}}\\ &=\lim_{j\to\infty}\sum_{i=1}^j \int_Ef_i(x)\rd x\\ &=\sum_{i=1}^\infty \int_E f_i(x)\rd x. \eea \eeex$$
(10) Fatou 引理 $\dps{\int_E \varliminf_{i\to\infty}f_i(x)\rd x\leq \varliminf_{i\to\infty}\int_Ef_i(x)\rd x}$.
证明: $$\beex \bea \int_E\varliminf_{i\to\infty}f_i(x)\rd x &=\int_E \lim_{j\to\infty}\inf_{i\geq j}f_i(x)\rd x\\ &=\lim_{j\to\infty}\int_E\inf_{i\geq j}f_i(x)\rd x\quad\sex{\mbox{Levi 单增列}}\\ &\leq \varliminf_{j\to\infty} \int_Ef_j(x)\rd x \quad\sex{\inf_{i\geq j}f_i\leq f_j\mbox{ 两边积分后取下极限}}. \eea \eeex$$
3 例
(1) 设 $\sed{r_k}$ 是 $[0,1]$ 中的全体有理数, 则 $$\bex \sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k^2\sqrt{|x-r_k|}}\ae\mbox{ 收敛}. \eex$$ 证明: $$\bex \int_{[0,1]}\sum_{k=1}^\infty \frac{1}{k^2\sqrt{|x-r_k|}}\rd x =\sum_{k=1}^\infty\frac{1}{k^2} \int_{[0,1]}\frac{1}{\sqrt{|x-r_k|}}\rd x<\infty. \eex$$
(2) 设 $\sed{E_i}_{i=1}^j\ (\subset [0,1])$ 可测, $[0,1]$ 中任一点均属于 $\sed{E_i}_{i=1}^j$ 中的 $q$ 个, 则 $\exists\ i_0,\st mE_{i_0}\geq q/j$.
证明: $$\bex \sum_{i=1}^j \chi_{E_i}(x)\geq q \ra \sum_{i=1}^j mE_i=\sum_{i=1}^j \int_{[0,1]}\chi_{E_i}(x)\rd x =\int_{[0,1]}\sum_{i=1}^j \chi_{E_i}(x)\rd x \geq q. \eex$$
4 作业: Page 132 T 6, Page 133 T 7.
[实变函数]5.3 非负可测函数的 Lebesgue 积分的更多相关文章
- [实变函数]5.2 非负简单函数的 Lebesgue 积分
1 设 $$\bex \phi(x)=\sum_{i=1}^j c_i\chi_{E_i}(x),\quad c_i\geq 0, \eex$$ 其中 ...
- [实变函数]5.4 一般可测函数的 Lebesgue 积分
1定义 (1)$f$ 在 $E$ 上积分确定 $\lra$ $\dps{\int_Ef^+(x)\rd x<+\infty}$ 或 $\dps{\int_Ef^-(x)\rd x<+\in ...
- [实变函数]5.1 Riemann 积分的局限性, Lebesgue 积分简介
1 Riemann 积分的局限性 (1) Riemann 积分与极限的条件太严: $$\bex f_k\rightrightarrows f\ra \lim \int_a^b f_k ...
- [实变函数]5.6 Lebesgue 积分的几何意义 $\bullet$ Fubini 定理
1 本节推广数学分析中的 Fubini 定理. 为此, 先引入 (1)(从低到高) 对 $A\subset \bbR^p, B\subset\bbR^q$, $$\bex A\times B=\sed ...
- [实变函数]5.5 Riemann 积分和 Lebesgue 积分
1 记号: 一元函数 $f$ 在 $[a,b]$ 上的 (1)Riemann 积分: $\dps{(R)\int_a^b f(x)\rd x}$; (2)Lebesgue 积分: $\dps{(L)\ ...
- 【转】17种常用的JS正则表达式 非负浮点数 非负正数.
<input type='text' id='SYS_PAGE_JumpPage' name='SYS_PAGE_JumpPage' size='3' maxlength='5' onkeyup ...
- 图论(四)------非负权有向图的单源最短路径问题,Dijkstra算法
Dijkstra算法解决了有向图G=(V,E)上带权的单源最短路径问题,但要求所有边的权值非负. Dijkstra算法是贪婪算法的一个很好的例子.设置一顶点集合S,从源点s到集合中的顶点的最终最短路径 ...
- [饭后算法系列] 数组中"和非负"的最长子数组
1. 问题 给定一列数字数组 a[n], 求这个数组中最长的 "和>=0" 的子数组. (注: "子数组"表示下标必须是连续的. 另一个概念"子 ...
- HDOJ-1002 A + B Problem II (非负大整数相加)
http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1002 输入的数都是正整数,比较好处理,注意进位. //非负大整数加法 # include <stdio.h ...
随机推荐
- Java泛型和链表
泛型是Java SE 1.5的新特性,泛型的本质是参数化类型,也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数.这种参数类型可以用在类.接口和方法的创建中,分别称为泛型类.泛型接口.泛型方法. Java语言引 ...
- hdu5442(2015长春赛区网络赛1006)后缀数组+KMP /最小表示法?
题意:给定一个由小写字母组成的长度为 n 的字符串,首尾相连,可以从任意一个字符开始,顺时针或逆时针取这个串(长度为 n),求一个字典序最大的字符串的开始字符位置和顺时针或逆时针.如果有多个字典序最大 ...
- UVALive4287 hdu2767 hdu3836 强连通
题意:有多个命题,需要证明他们可以互相推出,现在已经有一些证明关系即 A 可以证明 B,问至少还需要多少证明关系. 首先,如果某几个命题证明关系可以成环,那么这些命题必然可以相互证明,只要沿着环的边走 ...
- poj1511 最短路
题意:与poj3268一样,所有人需要从各点到一点再从一点到各点,求最短路总和. 与poj3268一样,先正向建图跑 dijkstra ,得到该点到其他所有各点的最短路,即这些人回去的最短路,再用反向 ...
- kuangbin_ShortPath H (POJ 3660)
本来想自己写个bfs让他顺着胜负边爬 走到拐弯处就判定无法确定次序 然后我发现有多余的边并不会自己省略掉 要写个O(n^3)的删掉多余边这都不如Floyd了 看奚政学长写的是拓扑序也能解 然后在理解看 ...
- ps白平衡
ps白平衡:在正常光线下看起来是白颜色的东西在有色光或者较暗的光线下看起来可能就不是白色,还有荧光灯下的"白"也是"非白".对于这一切如果能调整白平衡,则在所得 ...
- python命令行添加Tab键自动补全
1.编写一个tab的自动补全脚本,名为tab.py #!/usr/bin/python # python tab complete import sys import readline import ...
- Java 编程实践
创建一个54个元素的整数数组,并将其元素值依次赋值为:1~54,用于表示一副牌的54张.再创建一个12个元素的整数数组,用于表示某玩家手中的牌,然后从前一数组中随机抽取12个元素赋值给该数组.打印后一 ...
- HTML5之Canvas绘图——使用Canvas绘制图形的基本教程
原文转自:http://www.cnblogs.com/picaso/archive/2012/11/26/2789077.html HTML5火的正热,最近有个想法也是要用到HTML的相关功能,所以 ...
- NPOI大数据量多个sheet导出源码(原)
代码如下: #region NPOI大数据量多个sheet导出 /// <summary> /// 大数据量多个sheet导出 /// </summary> /// <t ...