§ 3. Tích phân của các đo dương
1. Các hàm có giá trị trong một không gian các độ đo
Cho là một không gian compact địa phương, là nón lồi của các độ đo dương trên . Trong suốt phần còn lại của chương này, sẽ được trang bị tôpô cảm sinh bởi tôpô yếu trên (Ch. III, §1, No. 9); do đó, nói rằng một ánh xạ của không gian compact địa phương vào là liên tục có nghĩa là, với mọi hàm , hàm số là liên tục. Trong trường hợp này ta cũng sẽ nói rằng là liên tục yếu trên . Nói rằng một ánh xạ là -đo được có nghĩa là tập hợp các tập con compact của , sao cho hạn chế của lên là liên tục yếu, là
Cho là một ánh xạ của T vào ; ta sẽ nói rằng Λ là khả tích cốt yếu vô hướng đối với độ đo μ nếu, với mọi hàm , hàm là khả tích cốt yếu μ. Nếu đặt , thì rõ ràng ν là một dạng tuyến tính dương trên , do đó là một độ đo trên X (Ch. III, §1, No. 5, Th. 1). Ta sẽ nói rằng ν là tích phân của hàm Λ có giá trị trong , và ta sẽ viết .
Định nghĩa trên là một trường hợp đặc biệt của khái niệm tích phân yếu, khái niệm này sẽ được xét một cách tổng quát trong Ch. VI.
Nếu biểu thị một phần tử của , tích phân cũng sẽ, do một sự lạm dụng ký hiệu, được ký hiệu là ; khi đó định nghĩa của tích phân có thể được viết
Ta sẽ thực hiện những sự lạm dụng ký hiệu tương tự trong phần sau, đối với các tích phân trên, các tích phân trên cốt yếu, và các tích phân của các hàm có giá trị trong một không gian Banach.
Ví dụ 1
Giả sử rằng T là một không gian rời rạc, và μ là độ đo trên T được xác định bằng cách đặt một khối lượng +1 tại mỗi điểm của T (Ch. III, §1, No. 3). Cho h là một hàm xác định trên T; vì hàm h là nửa liên tục dưới (thậm chí liên tục) trên T, (Ch. IV, §1, No. 1, Ví dụ).
Đối với độ đo μ, các khái niệm hàm khả tích và hàm khả tích cốt yếu do đó là đồng nhất. Như vậy, nói rằng một ánh xạ của T vào là khả tích cốt yếu μ vô hướng tương đương với việc nói rằng họ là cộng được (§2, No. 1), và khi đó ta có . Chú ý rằng ánh xạ là liên tục yếu.
Ví dụ 2
Ánh xạ của T vào là liên tục yếu, khả tích cốt yếu μ vô hướng đối với mọi độ đo dương μ trên T, và ta có .
Mệnh đề 1
Giả sử rằng μ là cận trên của một họ có hướng tăng các độ đo dương trên T; để là khả tích cốt yếu μ vô hướng, điều kiện cần và đủ là Λ khả tích cốt yếu vô hướng với mọi và họ bị chặn trên trong . Khi đó,
Thật vậy, việc kiểm tra rằng là khả tích cốt yếu vô hướng đối với một độ đo dương trên quy về việc kiểm tra rằng là -đo được và nhận một tích phân trên cốt yếu hữu hạn, đối với , với mọi hàm . Vì vậy mệnh đề suy ra ngay từ Mệnh đề 11 của §1, No. 4 và Hệ quả 2 của nó.
Hệ quả
— *Giả sử rằng là tổng của một họ khả tổng các độ đo dương trên ; để cho là khả tích vô hướng thiết yếu , điều kiện cần và đủ là khả tích vô hướng thiết yếu với mọi và họ các độ đo là khả tổng. Khi đó ta có
Được trích dẫn bởi 5
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 11, Hệ quả 2, Mệnh đề 2, Định lý 1, V § 4, Định lý 2, V § 4
Suy ra ngay lập tức rằng mọi ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu cũng là khả tích vô hướng thiết yếu đối với mọi độ đo .
Trong tiết này chúng ta sẽ chỉ giới hạn vào việc nghiên cứu các ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu từ vào có tính chất được xét đến trong định nghĩa sau:
Định nghĩa 1
— *Cho là một không gian compact địa phương, là một ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu từ vào , và là tích phân của .
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Mệnh đề 2
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 8, Mệnh đề 1, V § 4, Mệnh đề 7, V § 5, Mệnh đề 10, V § 6, Ví dụ, VI § 1, Mệnh đề 3, VI § 1
Ta nói rằng là -tiền thích hợp nếu, với mọi hàm nửa liên tục dưới xác định trên , hàm là -đo được trên và*
Ta nói rằng là -thích hợp () nếu là -tiền thích hợp đối với mọi độ đo dương .*
Có thể chứng minh rằng nếu là -tiền thích hợp và nếu độ đo là điều hòa—đặc biệt nếu đếm được tại vô hạn—thì là -thích hợp (Bài tập 7); tuy nhiên, hiện chưa biết liệu các khái niệm này nói chung có tương đương hay không. Trong các mệnh đề ở Số 2 và 3 dưới đây, các khẳng định đi trước bởi a) hoặc b) mở rộng ngay lập tức cho các ánh xạ tiền thích hợp, trong khi các khẳng định đi trước bởi c) chỉ đúng đối với các ánh xạ thích hợp.
(*) Trong ấn bản đầu tiên, các ánh xạ “-thích hợp” được định nghĩa là các ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu và -đo được yếu. Định nghĩa được cho ở đây tổng quát hơn (Mệnh đề 2 dưới đây).
Mệnh đề sau đây thường cho phép kiểm tra rằng một ánh xạ đã cho là -thích hợp.
Mệnh đề 2
— Cho là một ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu từ vào , và cho .
Trích dẫn đến 9 · Được trích dẫn bởi 8
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, V § 1, Định lý 1, IV § 1, Mệnh đề 6, IV § 2, Mệnh đề 1, V § 1, Mệnh đề 15, IV § 5, Mệnh đề 4, V § 2, Hệ quả, Mệnh đề 2, V § 2, Mệnh đề 1, V § 2
Được trích dẫn bởi Bổ đề 4, IX § 2, Định nghĩa 1, Ví dụ, Mệnh đề 9, Định lý 1, Mệnh đề 1, V § 4, Mệnh đề 2, V § 4, Mệnh đề 5, V § 8
a) Nếu liên tục yếu, thì ánh xạ là nửa liên tục dưới đối với mọi hàm nửa liên tục dưới xác định trên , là -thích hợp, và ta có quan hệ
b) Nếu là đo được mơ hồ , thì là -thích hợp.
c) Nếu tôpô của có một cơ sở đếm được, thì là đo được mơ hồ (do đó cũng -thích hợp).
Cho là một hàm nửa liên tục dưới xác định trên . Cho là tập hợp, có hướng đối với quan hệ , của các hàm sao cho . Với , ký hiệu là hàm xác định trên bởi . Tương tự, đặt
(§1, No. 1, Mệnh đề 4). Ta đưa ra giả thiết sau đây, yếu hơn giả thiết trong a): chỉ giả sử rằng hạn chế của lên là liên tục mơ hồ, trong đó là một tập con đóng của chứa giá của . Với , ký hiệu là hàm số trùng với trên và có giá trị trên . Đặt ; khi đó trên . Với mọi , hàm là nửa liên tục dưới; do đó là nửa liên tục dưới và, vì họ là có hướng,
(Ch. IV, §1, No. 1, Định lý 1 và §2, No. 3, Mệnh đề 6). Vì trên , do đó hầu khắp nơi, điều này cũng có thể được viết , một đẳng thức đồng nhất với (5). Tương tự, vì và là nửa liên tục dưới, các quan hệ trước đó cho đẳng thức (§1, No. 1, Mệnh đề 4); vì trên , suy ra (§1, No. 1, Mệnh đề 1), một đẳng thức đồng nhất với (4). Ánh xạ do đó là -tiền-thích hợp; nhưng trong toàn bộ lập luận này người ta có thể thay bởi , và bởi , bởi vì cũng là khả tích -theo vô hướng một cách bản chất và chứa giá của . Từ đó suy ra rằng là -thích hợp.
Giả sử là liên tục theo nghĩa mơ hồ; ta có thể lấy ; khi đó là nửa liên tục dưới, điều này hoàn tất chứng minh phần a) của mệnh đề.
Giả sử rằng là -đo được theo nghĩa mơ hồ và ta chứng minh b). Tập gồm các tập con compact K của T sao cho hạn chế của trên K là liên tục là -trù mật (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 15), tồn tại một họ tổng được các độ đo trên T sao cho và giá của mỗi độ đo thuộc (§2, No. 3, Mệnh đề 4). Với mọi , ánh xạ là khả tích thiết yếu theo vô hướng , và ta đặt ; họ là tổng được, và tổng của nó bằng (Hệ quả của Mệnh đề 1). Nếu là một hàm dương nửa liên tục dưới xác định trên X, phần thứ nhất của chứng minh, áp dụng cho các độ đo và các tập đóng , chỉ ra rằng:
là -đo được với mọi , do đó là -đo được (§2, No. 2, Mệnh đề 2), và
.
Công thức (4) suy ra bằng cách lấy tổng theo (§2, No. 2, Mệnh đề 1). Áp dụng lập luận trước cho một độ đo tùy ý (điều này là hợp lệ, vì là khả tích thiết yếu theo vô hướng và -đo được theo nghĩa mơ hồ, cf. §2, No. 2, Mệnh đề 2), ta kết luận rằng là -tiền-thích đáng, và b) được chứng minh.
Cuối cùng, giả sử rằng tôpô của X có một cơ sở đếm được, ta chứng minh rằng mọi ánh xạ khả tích thiết yếu theo vô hướng của T vào đều là -đo được theo nghĩa mơ hồ. Điều này sẽ suy ra từ bổ đề sau:
Bổ đề
Cho X là một không gian compact địa phương có một cơ sở đếm được. Khi đó, tồn tại trong một tập con đếm được S có tính chất sau: với mọi hàm , tồn tại một dãy các phần tử của S và một hàm dương sao cho, với mọi số , với điều kiện n đủ lớn.
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Định lý 1, IV § 5
Gọi là compact hóa Alexandroff của X, là một không gian compact mêtric hóa được (GT, IX, §2, No. 9, Prop. 16 và Cor.); ta đồng nhất với một tập con của . Gọi là một tập con đếm được trù mật của không gian Banach (GT, X, §3, No. 3, Th. 1); ta có thể giả sử rằng chứa hàm hằng với mọi . Gọi là một dãy các tập mở tương đối compact trong X, có hợp là X, sao cho với mọi n (GT, I, §9, No. 9, Prop. 15), và gọi là một hàm trong bằng 1 trên . Ta ký hiệu S là tập hợp đếm được các phần tử của có dạng (). Nếu , gọi là một dãy các phần tử của hội tụ đều đến , và gọi k là một số nguyên sao cho giá của được chứa trong . Cuối cùng, gọi m là một số nguyên là cận trên của các chuẩn của các hàm . Các hàm thuộc S và thỏa mãn mệnh đề, với .
Sau khi bổ đề đã được thiết lập, và ánh xạ là khả tích -theo nghĩa thực chất đối với mọi , ánh xạ từ T vào là -đo được (Ch. IV, §5, No. 3, Th. 1). Tập hợp , gồm các tập compact K của T sao cho hạn chế của ánh xạ này lên K là liên tục, do đó là -trù mật, và chỉ cần chứng minh rằng hạn chế của lên mọi là liên tục. Bây giờ, gọi là một phần tử bất kỳ của , và là các phần tử của S thỏa mãn mệnh đề của Bổ đề; khi đó hàm là giới hạn đều trên K của các hàm liên tục ; do đó nó liên tục trên K, và mệnh đề được chứng minh.
2. Các tích phân chồng của các hàm dương
Trong phần còn lại của tiết này, nếu không có chỉ rõ ngược lại, ta sẽ ký hiệu X là một không gian địa phương compact, là một ánh xạ -thích hợp từ T vào , và là tích phân của .
Mệnh đề 3
— Gọi f là một hàm số xác định trên X. a) Các bất đẳng thức sau đúng:
b) Nếu liên tục yếu, thì
c) Nếu địa phương -hầu khắp nơi, thì
Trích dẫn đến 6 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, V § 1, Định nghĩa 3, IV § 1, Mệnh đề 7, V § 1, Mệnh đề 4, V § 2, Mệnh đề 1, Mệnh đề 1, V § 2
Được trích dẫn bởi Định nghĩa 2, Bài tập 1, § 3, Bài tập 11, § 3, Mệnh đề 4, Mệnh đề 5, Mệnh đề 6, V § 8
Gọi g là một hàm nửa liên tục dưới trên X sao cho . Với mọi ,
do đó, theo (4) và Prop. 4 của §1,
Bất đẳng thức thứ nhất trong các bất đẳng thức (6) sau đó suy ra từ định nghĩa của (Ch. IV, §1, No. 3, Def. 3), và bất đẳng thức thứ hai suy ra ngay lập tức từ nó. Bất đẳng thức (7) được chứng minh theo cách tương tự nếu liên tục yếu, sử dụng (5) thay cho (4).
Ta chuyển sang chứng minh của (8). Ánh xạ là đo được, và hữu hạn địa phương -hầu khắp nơi. Tập các tập con compact của sao cho hạn chế của trên là hữu hạn và liên tục do đó là -trù mật, và Mệnh đề 4 của §2, No. 3 suy ra sự tồn tại của một họ tổng được các độ đo dương, với các giá đỡ thuộc , sao cho . Ánh xạ là -thích hợp đối với mọi ; đặt . Mệnh đề 1 chỉ ra rằng , và quan hệ (4), áp dụng cho độ đo và hàm 1, chỉ ra rằng là một độ đo bị chặn (vì bị chặn trên ). Khi đó ta viết công thức (6) cho độ đo , thay thế ký hiệu trong vế thứ nhất bằng , điều này hợp lệ theo Mệnh đề 7 của §1; khi đó
(đẳng thức cuối cùng do sự kiện rằng bị chặn hầu khắp nơi địa phương, và Mệnh đề 7 của § 1). Bất đẳng thức trong (8) khi đó thu được bằng cách lấy tổng theo (§2, No. 2, Mệnh đề 1).
Nếu không đưa ra giả thiết tương tự như giả thiết của c), bất đẳng thức (8) có thể không đúng (Bài tập 2).
Hệ quả 1
— Cho là một hàm xác định trên , và cho là tập hợp các sao cho không -bỏ qua được. a) Nếu -bỏ qua được, thì là địa phương -bỏ qua được. b) Nếu là -bỏ qua được và liên tục theo nghĩa mơ hồ, thì là -bỏ qua được. c) *Nếu là địa phương -bỏ qua được và địa phương -hầu khắp nơi, thì là địa phương -bỏ qua được.
Hệ quả 2
— *Cho là một hàm xác định trên , -đo được và -điều hòa. Tập hợp các sao cho không -điều hòa được khi đó là địa phương -bỏ qua được (và thậm chí -bỏ qua được nếu liên tục theo nghĩa mơ hồ).
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 6, V § 1, Hệ quả 1
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 5
Vì, là tổng của một dãy các hàm sao cho bằng không bên ngoài một tập compact với , và là -không đáng kể (§1, No. 2, Mệnh đề 6); khi đó là -không đáng kể ngoại trừ các tạo thành một tập địa phương -không đáng kể (và thậm chí -không đáng kể, nếu liên tục mơ hồ) theo Hệ quả 1, và mệnh đề suy ra ngay lập tức.
Mệnh đề 4
— Cho là một hàm -đo được xác định trên , với các giá trị trong một không gian tôpô , và cho là tập hợp các sao cho không -đo được. a) *Giả sử rằng là hằng trên phần bù của một tập con -điều hòa của ; khi đó là địa phương -không đáng kể.
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 16, IV § 5, Hệ quả 1, Hệ quả 2, V § 2, Mệnh đề 3
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 5, Mệnh đề 2, V § 8, Bài tập 4, § 1, Mệnh đề 5, VII § 2
b) Giả sử rằng f là hằng trên phần bù của một tập con ν-điều hòa của X, và rằng Λ liên tục mơ hồ; khi đó M là μ-không đáng kể.
c) Giả sử rằng hầu khắp mọi nơi theo μ địa phương; khi đó M là địa phương μ-không đáng kể.
Trước hết ta chứng minh a) (tương ứng b)). Vì mọi tập ν-tích phân đều được chứa trong một tập mở ν-tích phân, nên hàm f là hằng trên phần bù B của một hợp đếm được các tập mở ν-tích phân. Có một phân hoạch của X − B tạo bởi một tập ν-không đáng kể N và một dãy các tập compact sao cho hạn chế của f trên mỗi là liên tục. Gọi S là tập hợp các sao cho N không là -không đáng kể: S là địa phương μ-không đáng kể (tương ứng μ-không đáng kể) theo Hệ quả 1 của Mệnh đề 3. Các tập là đo được đối với mọi độ đo trên X, và hạn chế của f trên mỗi tập trong chúng là -đo được đối với mọi . Do đó hàm f là -đo được đối với mọi (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 16).
Để thiết lập c), ta dùng lại các ký hiệu trong chứng minh của Mệnh đề 3; vì f là ν-đo được, nó đo được đối với mỗi độ đo . Bây giờ, các độ đo này bị chặn, do đó được điều hòa, và từ a) suy ra rằng M là địa phương -không đáng kể với mọi . Điều này kéo theo rằng M là địa phương μ-không đáng kể (§2, No. 2, Hệ quả 2 của Mệnh đề 1).
Mệnh đề 5
Cho f là một hàm số dương ν-đo được xác định trên X, và cho N là tập hợp các sao cho f không đồng thời -đo được và -điều hòa.
Trích dẫn đến 6 · Được trích dẫn bởi 9
Trích dẫn đến Mệnh đề 6, V § 1, Hệ quả 2, Mệnh đề 4, Hệ quả 1, Mệnh đề 3, V § 2. Các họ khả tổng của các độ đo dương
Được trích dẫn bởi Nhận xét, IX § 2, Hệ quả, Hệ quả 2, Định lý 1, Bài tập 3, § 5, Mệnh đề 7, V § 5, Mệnh đề 10, V § 6, Mệnh đề 7, V § 8, Mệnh đề 5, VII § 2
a) Giả sử rằng f là ν-điều hòa. Khi đó tập N là địa phương μ-không đáng kể, hàm là μ-đo được, và
b) Giả sử rằng f là ν-điều hòa, và rằng Λ liên tục mơ hồ. Khi đó tập N là μ-không đáng kể, hàm là μ-đo được và μ-điều hòa, và
c) Giả sử rằng hầu khắp mọi nơi theo μ địa phương. Khi đó tập N là địa phương μ-không đáng kể, hàm là μ-đo được, và (9) đúng.
Trước hết ta chứng minh a) (tương ứng b)), giả sử rằng f là ν-điều hòa. Các khẳng định liên quan đến tập N đã được thiết lập (Mệnh đề 4, và Hệ quả 2 của Mệnh đề 3). Theo Mệnh đề 6 của §1, No. 2, ta có thể tự giới hạn vào việc chứng minh a) (tương ứng b)) trong mỗi trường hợp đặc biệt sau:
1) Hàm là -không đáng kể. 2) Tồn tại một tập compact sao cho bằng không bên ngoài và hạn chế của trên là liên tục.
Trường hợp đặc biệt 1) đã được xử lý rồi (Hệ quả 1 của Mệnh đề 3). Để xử lý trường hợp thứ hai, ta ký hiệu bởi một tập mở -nguyên chứa , bởi một cận trên hằng của , bởi hàm nửa liên tục dưới , và bởi hàm . Vì hàm là nửa liên tục trên trên , nên là nửa liên tục dưới và dương. Hơn nữa, là -nguyên.
Khi đó ta áp dụng công thức (4) (tương ứng (5)) cho các hàm nửa liên tục dưới và . Lấy hiệu, ta thấy rằng hàm
là -đo được và công thức (9) (tương ứng (10)) đúng. Cuối cùng, dưới giả thiết của b), hàm có tích phân trên hữu hạn, do đó thực sự là -bị chặn.
Để chứng minh c), ta xét lại các độ đo và của chứng minh Mệnh đề 3; vì là -đo được và -bị chặn, mệnh đề a) suy ra rằng là -đo được và
Chỉ còn việc lấy tổng theo , áp dụng các Mệnh đề 1 và 2 của §2, No. 2.
Nếu không được giả thiết là -bị chặn, và nếu không đặt giả thiết trong c), thì quan hệ (9) có thể không đúng (Bài tập 3).
Hệ quả
— *Cho là một hàm xác định trên , nhận giá trị trong một không gian Banach hoặc trong , là -đo được và -bị chặn. Để là -nguyên, điều kiện cần và đủ là
Trích dẫn đến 2
Trích dẫn đến Định lý 5, IV § 5, Mệnh đề 5
Điều này suy ra ngay từ Mệnh đề 5 và tiêu chuẩn về tính nguyên (Ch. IV, §5, No. 6, Định lý 5).
3. Các tích phân chồng lên nhau của các hàm có giá trị trong một không gian Banach
Định lý 1
— Cho là một hàm nhận giá trị trong một không gian Banach hoặc trong , và cho là tập hợp các sao cho không -nguyên.
Trích dẫn đến 7 · Được trích dẫn bởi 10
Trích dẫn đến Mệnh đề 5, Định lý 3, IV § 3, Mệnh đề 6, IV § 3, Hệ quả 1, IV § 4. Các hàm khả tích và các tập hợp, Mệnh đề 2, V § 1. Tích phân trên cốt yếu
Được trích dẫn bởi Định lý 2, V § 4, Mệnh đề 7, V § 5, Định lý 1 (Lebesgue–Fubini), V § 8, Mệnh đề 2, VI § 1, Định lý 1, VI § 3, Định lý 4, VI § 3, VII App. 2. , Mệnh đề 5, VII § 2, Mệnh đề 9, VII § 2, Mệnh đề 10, VIII § 3
a) Nếu là -nguyên, thì là -vô nghĩa địa phương, hàm (được xác định với ) là -nguyên theo nghĩa bản chất, và
b) Nếu là -khả tích và là liên tục yếu, thì còn là -không đáng kể và hàm (được xác định với ) là -khả tích.
c) Nếu địa phương -hầu khắp nơi, thì các kết luận của a) vẫn đúng đối với là một hàm -khả tích thiết yếu.
Trước hết ta sẽ thiết lập a) (tương ứng b)). Mệnh đề này đúng khi là một hàm số dương (Mệnh đề 5); nếu là một hàm khả tích nhận giá trị trong , kết quả này có thể áp dụng cho các hàm dương và , và do đó ngay lập tức mở rộng đến bằng phép trừ. Còn lại cần xét trường hợp các hàm nhận giá trị trong . Gọi là không gian con của tạo bởi các tổ hợp tuyến tính, với các hệ số trong , của các hàm thuộc ; kết quả liên quan đến các hàm thực suy ra ngay tính đúng đắn của mệnh đề đối với các phần tử của . Bây giờ, trù mật trong ; do đó, với mọi , tồn tại một dãy các phần tử của có các tính chất sau:
1) dãy hội tụ đến theo trung bình trong , và -hầu khắp nơi; 2) hàm sao cho (Ch. IV, §3, No. 4, Đl. 3).
Gọi là tập hợp các sao cho ; là địa phương -không đáng kể (tương ứng -không đáng kể) theo công thức (6) (tương ứng (7)). Với , các thuộc , dãy hội tụ -hầu khắp nơi, cũng như đối với tôpô của sự hội tụ theo trung bình trong (Ch. IV, §3, No. 3, Mệnh đề 6). Gọi là tập hợp các sao cho không hội tụ đến : vì là -không đáng kể, tập hợp gồm các sao cho không là -không đáng kể là địa phương -không đáng kể (tương ứng -không đáng kể) theo Hệ quả 1 của Mệnh đề 3.
Giả sử rằng không thuộc ; dãy hội tụ theo trung bình trong , và hội tụ -hầu khắp nơi đến . Do đó và (Ch. IV, §4, No. 1). Tập hợp của mệnh đề do đó được chứa trong ; vì vậy nó là địa phương -không đáng kể (tương ứng -không đáng kể). Mặt khác, hàm bằng địa phương -hầu khắp nơi với giới hạn của một dãy các hàm -đo được; do đó nó là -đo được. Cuối cùng, với mọi và mọi , ta có
Bây giờ giả sử rằng địa phương -hầu khắp nơi, và rằng là một hàm -khả tích cốt yếu. Gọi là một hàm -khả tích sao cho địa phương -hầu khắp nơi (§ 1, No. 3). Khi đó hầu khắp nơi đối với , trừ các tạo thành một tập hợp -không đáng kể địa phương (Hệ quả 1 c) của Mệnh đề 3). Do đó với mọi , và điều này hoàn tất chứng minh.
Nhận xét
Cho là một ánh xạ -thích hợp của vào . Nếu một ánh xạ của vào bằng địa phương -hầu khắp nơi, thì suy ra ngay từ các định nghĩa rằng cũng là -thích hợp, và rằng và có cùng tích phân. Nếu bây giờ là một hàm nhận giá trị trong , được xác định địa phương -hầu khắp nơi, ta lại nói rằng là -thích hợp nếu nó bằng địa phương -hầu khắp nơi với một ánh xạ xác định khắp nơi và -thích hợp. Khi đó ta đặt , một định nghĩa không phụ thuộc vào hàm được sử dụng. Ta để cho người đọc kiểm chứng rằng các mệnh đề đã chứng minh trong các Số trước mở rộng được cho các hàm -thích hợp được xác định địa phương -hầu khắp nơi.
4. Các hàm đo được phổ quát
Định nghĩa 2
Một ánh xạ f của T vào một không gian tôpô F được gọi là đo được phổ quát nếu nó là -đo được đối với mọi độ đo dương trên T.
Trích dẫn đến 4
Trích dẫn đến Hệ quả 2, IV § 5, Hệ quả 2, IV § 5, Định lý 4, IV § 5, Mệnh đề 3
Các tập con của T mà hàm đặc trưng của chúng là đo được phổ quát được gọi là các tập đo được phổ quát. Chúng tạo thành một σ-đại số trên T (Ch. IV, §5, No. 4, Hệ quả 2 của Định lý 2) chứa các tập Borel (cùng tham chiếu, Hệ quả 3), và các tập Souslin nếu T là mêtric hóa được (Ch. IV, §5, No. 1, Hệ quả 2 của Mệnh đề 3). Để một ánh xạ của T vào một không gian tôpô F, mêtric hóa được và tách được, là đo được phổ quát, điều kiện cần và đủ là ảnh ngược qua của mọi quả cầu đóng trong F là một tập con đo được phổ quát của T (Ch. IV, §5, No. 5, Định lý 4).
Mệnh đề 6
Một ánh xạ của T vào một không gian tôpô F là đo được phổ quát khi và chỉ khi là đo được đối với mọi độ đo dương trên T có giá compact.
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 2, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 8
Điều kiện này hiển nhiên là cần; mặt khác nó là đủ, vì mọi độ đo dương là tổng của một họ các độ đo có giá compact (§2, No. 3, Mệnh đề 4): mệnh đề khi đó suy ra từ Mệnh đề 2 của §2, No. 2.
Mệnh đề 7
Cho là một độ đo dương trên T, và cho là một ánh xạ -đo được của T vào một không gian tôpô F. Khi đó tồn tại một ánh xạ đo được phổ quát của T vào F sao cho địa phương -hầu khắp nơi.
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 14, IV § 5, Mệnh đề 15, IV § 5, Mệnh đề 16, IV § 5
Được trích dẫn bởi Bổ đề 3, V § 5, Mệnh đề 13, V § 5, Hệ quả 3, V § 5
Gọi là tập hợp các tập compact trong T sao cho hạn chế của lên K là liên tục; vì là -trù mật (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 15), tồn tại một họ đếm được địa phương gồm các phần tử rời nhau từng đôi một của sao cho tập là không đáng kể địa phương (Ch. IV, §5, No. 9, Mệnh đề 14). Cho là một phần tử của F; đặt
Các hàm và bằng nhau địa phương -hầu khắp nơi. Mặt khác, là một tập con Borel của K đối với mọi tập compact K trong T, vì họ là đếm được địa phương. Suy ra rằng N là một tập đo được phổ quát, và rằng là một hàm đo được phổ quát (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 16).
5. Các khuếch tán
Định nghĩa 3
Cho X là một không gian compact địa phương, và cho là một ánh xạ của T vào . Ánh xạ được gọi là một khuếch tán* của T trong X nếu Λ là thích hợp đối với mọi độ đo dương trên T có giá compact. Khuếch tán Λ được gọi là bị chặn nếu tất cả các độ đo λ_t là bị chặn và ; đại lượng này khi đó được gọi là chuẩn của Λ và được ký hiệu .
Mệnh đề sau đây chỉ đơn giản là dịch lại định nghĩa:
Mệnh đề 8
— Để một ánh xạ của T vào là một phép khuếch tán, điều kiện cần và đủ là các điều kiện sau được thỏa mãn: 1) Với mọi hàm nửa liên tục dưới xác định trên X, hàm là khả đo được phổ dụng trên T. 2) Với mọi hàm , hàm bị chặn địa phương trên T. 3) Với mọi hàm nửa liên tục dưới xác định trên X và với mọi độ đo dương trên T có giá compact, đẳng thức sau đúng, trong đó ký hiệu :
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Định nghĩa 1, Mệnh đề 6
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 9
Giả sử rằng là một phép khuếch tán. Khi đó điều kiện 1) được thỏa mãn theo định nghĩa các ánh xạ thích đáng (No. 1, Định nghĩa 1) và Mệnh đề 6; điều kiện 3) được thỏa mãn bởi công thức (4), vì là -thích đáng. Cho và cho là hàm (khả đo được phổ dụng, theo 1)); giả sử rằng không bị chặn địa phương. Khi đó sẽ tồn tại một tập compact K sao cho không bị chặn trên K, do đó sẽ tồn tại một dãy gồm các phần tử của K sao cho với mọi ; khi đó không khả tích đối với độ đo có giá compact, trái với giả thiết về , giả thiết này suy ra rằng khả tích đối với mọi độ đo dương có giá compact. Vậy ba điều kiện trên là cần thiết. Ngược lại, các điều kiện 1) và 2) suy ra rằng khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với với mọi độ đo có giá compact. Vì mọi độ đo bị chặn trên bởi một độ đo có giá compact thì cũng có giá compact, các điều kiện 1) và 3) diễn đạt rằng là -thích đáng đối với mọi độ đo dương có giá compact, và đó chính là kết quả cần tìm.
Mệnh đề 9
— Cho là một ánh xạ từ T vào , sao cho hàm là khả đo được phổ dụng và bị chặn địa phương trên T với mọi . Có thể khẳng định rằng là một phép khuếch tán trong mỗi trường hợp sau:
a) tôpô của X có một cơ sở đếm được; b) Λ khả đo được phổ dụng đối với tôpô mơ hồ.
Thật vậy, cho là một độ đo dương trên T có giá compact; ánh xạ khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với , do đó -thích đáng nếu hoặc a) hoặc b) được thỏa mãn (No. 1, Mệnh đề 2).
Đối với phần còn lại của tiết này, ta sẽ dùng các ký hiệu sau: ta sẽ ký hiệu bởi tích phân thiết yếu trên, đối với một độ đo dương , của một hàm dương khả đo được theo là . Ánh xạ sẽ là một phép khuếch tán của trong . Nếu là một hàm dương khả đo được phổ dụng xác định trên , ta sẽ ký hiệu bởi ánh xạ . Nếu là một độ đo dương trên sao cho khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với , ta sẽ ký hiệu bởi độ đo . Định nghĩa của tích phân khi đó có dạng
Ta sẽ nói rằng một độ đo dương trên thuộc miền của nếu là -thích hợp: điều đó có nghĩa là nói (theo Mệnh đề 8) rằng là khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với và với mọi độ đo dương và mọi hàm dương nửa liên tục dưới .
Mệnh đề 10
Hãy cho là hai hàm dương đo được theo mọi độ đo trên , cho là một số , và cho và là hai độ đo dương trên . Khi đó:
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến II § 1. Các không gian riesz và các không gian có thứ tự dàn đầy đủ
a) , . b) Nếu và thuộc miền của , thì và cũng thuộc miền đó, và ta có , .
Điểm duy nhất không hiển nhiên là thuộc miền của , và điều này được xét bằng cách nhận thấy rằng mọi độ đo dương bị chặn trên bởi đều có dạng , trong đó , (''bổ đề phân tích'', Ch. II, §1, No. 1). Xem thêm mệnh đề sau.
Mệnh đề 11
Để một độ đo dương trên thuộc miền của , điều kiện cần và đủ là khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với . \
Trích dẫn đến 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 1, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2, Hệ quả
Điều kiện này hiển nhiên là cần thiết. Ngược lại, giả sử điều đó đúng, và cho là một hàm dương nửa liên tục dưới xác định trên . Hàm là đo được theo mọi độ đo, do đó -đo được. Ta sẽ chứng minh rằng ; vì đẳng thức này cũng đúng với mọi độ đo dương , do cũng khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với , nên suy ra rằng là -thích hợp.
Cho là một họ khả tổng các độ đo dương có giá compact, sao cho (§2, No. 3, Mệnh đề 4); khi đó họ các độ đo cũng khả tổng, và (No. 1, Hệ quả của Mệnh đề 1). Do đó (§ 2, No. 2, Mệnh đề 1); nhưng là -thích hợp, nên . Áp dụng lại Mệnh đề 1 của § 2, ta được đẳng thức cần tìm:
Hệ quả 1
— *Nếu là một diffusion bị chặn, thì mọi độ đo dương bị chặn đều thuộc miền xác định của , và .
Hệ quả 2
— *Giả sử là tổng của một họ khả tổng gồm các độ đo dương thuộc miền xác định của . Để thuộc miền xác định của , điều kiện cần và đủ là họ các độ đo khả tổng; trong trường hợp đó .
Chỉ cần áp dụng Hệ quả của Mệnh đề 1 của No. 1.
Mệnh đề 5, được diễn đạt bằng ngôn ngữ của các diffusion, có dạng sau:
Mệnh đề 12
— *Cho là một độ đo dương trên thuộc miền xác định của , và cho là một hàm khả đo lường theo mọi nghĩa được xác định trên . Nếu là moderated đối với độ đo , hoặc nếu các độ đo bị chặn, thì hàm là -khả đo và
Hệ quả
— *Nếu là đếm được ở vô cực, hoặc nếu các độ đo bị chặn, thì hàm là khả đo lường theo mọi nghĩa trên với mọi hàm khả đo lường theo mọi nghĩa được xác định trên , và (13) đúng.
Được trích dẫn bởi 1
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 13
6. Hợp thành các diffusion bị chặn
Mệnh đề 13
— *Cho là ba không gian compact địa phương, một diffusion bị chặn của trong , và một diffusion bị chặn của trong . Khi đó ánh xạ là một diffusion bị chặn của trong , được ký hiệu bởi , và
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Hệ quả
Được trích dẫn bởi Định nghĩa 4, Bài tập 10, § 3
Cho là một hàm khả đo lường theo mọi nghĩa được xác định trên , và là một độ đo trên . Giả sử rằng thuộc miền xác định của , và rằng μΛ thuộc miền xác định của ; khi đó thuộc miền xác định của , và
Đặt ; ta sẽ ký hiệu bằng ánh xạ của T vào , và bằng hàm (lạm dụng ký hiệu, vì ta vẫn chưa biết liệu có phải là một khuếch tán hay không). Khi đó theo (13); vì hàm là dương và đo được phổ quát trên X (Hệ quả của Mệnh đề 12), suy ra trước hết rằng , và rồi là đo được phổ quát trên T (tham chiếu như trên). Rõ ràng mọi độ đo đều có tổng khối lượng nhiều nhất bằng . Do đó là đo được phổ quát và bị chặn với mọi hàm ; vì thế khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với mọi độ đo bị chặn trên T, và đặc biệt là đối với mọi độ đo có giá compact. Tổng quát hơn, nếu là một độ đo thuộc miền xác định của , sao cho thuộc miền xác định của H, thì, với ,
Vì đại lượng cuối cùng là hữu hạn, ta thấy rằng khả tích thiết yếu theo theo vô hướng. Ta ký hiệu là tích phân (lạm dụng ký hiệu, vì ta vẫn chưa biết liệu có phải là một khuếch tán hay không). Khi đó các quan hệ trên có thể viết
hoặc cũng có thể là vì tùy ý trong .
Xét lại hàm đo được phổ quát . Ta có
Khi là nửa liên tục dưới và chạy trên tập các độ đo dương có giá compact, các quan hệ này diễn tả rằng là một khuếch tán của T trong Y. Mệnh đề khi đó chỉ làm rõ các quan hệ thu được trong quá trình chứng minh trên.
Định nghĩa 4
Với các ký hiệu như ở Mệnh đề 13, khuếch tán được gọi là khuếch tán hợp thành (hay phép hợp thành) của các khuếch tán bị chặn H và . \
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 13
Cho là bốn không gian địa phương compact, và là ba khuếch tán bị chặn, lần lượt từ sang , từ sang , từ sang . Suy ra ngay từ Mệnh đề 13 rằng
Vì vậy ta sẽ dùng các ký hiệu này không có ngoặc cho phép hợp thành các khuếch tán.
Ví dụ
Cho là một ánh xạ đo được phổ quát của T vào X, và là một ánh xạ đo được phổ quát của X vào Y; theo Mệnh đề 2 b), ta định nghĩa các khuếch tán và bởi các công thức
khi đó khuếch tán được cho bởi
Vì thế cần lưu ý rằng thứ tự hợp thành của các khuếch tán là ngược với thứ tự thông thường của hợp thành các hàm.
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 2
Bài tập
Xem các bài tập của § 3.