Bourbaki

§ 3. Tích phân của các đo dương

1. Các hàm có giá trị trong một không gian các độ đo

Cho XX là một không gian compact địa phương, M+(X)\mathscr{M}_+(X) là nón lồi của các độ đo dương trên XX. Trong suốt phần còn lại của chương này, M+(X)\mathscr{M}_+(X) sẽ được trang bị tôpô cảm sinh bởi tôpô yếu trên M(X)\mathscr{M}(X) (Ch. III, §1, No. 9); do đó, nói rằng một ánh xạ Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t của không gian compact địa phương TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) là liên tục có nghĩa là, với mọi hàm f∈K(X)f \in \mathscr{K}(X), hàm số t↦λt(f)t \mapsto \lambda_t(f) là liên tục. Trong trường hợp này ta cũng sẽ nói rằng Λ\Lambda là liên tục yếu trên TT. Nói rằng một ánh xạ Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là μ\mu-đo được có nghĩa là tập hợp các tập con compact KK của TT, sao cho hạn chế của Λ\Lambda lên KK là liên tục yếu, là

Cho Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ của T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X); ta sẽ nói rằng Λ là khả tích cốt yếu vô hướng đối với độ đo μ nếu, với mọi hàm f∈K(X)f \in \mathscr{K}(X), hàm t↦λt(f)t \mapsto \lambda_t(f) là khả tích cốt yếu μ. Nếu đặt ν(f)=∫λt(f) dμ(t)\nu(f) = \int \lambda_t(f)\, d\mu(t), thì rõ ràng ν là một dạng tuyến tính dương trên K(X)\mathscr{K}(X), 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 M+(X)\mathscr{M}_+(X), và ta sẽ viết ν=∫λt dμ(t)\nu = \int \lambda_t\, d\mu(t).

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 ff biểu thị một phần tử của K(X)\mathscr{K}(X), tích phân ∫λt(f) dμ(t)\int \lambda_t(f)\, d\mu(t) cũng sẽ, do một sự lạm dụng ký hiệu, được ký hiệu là ∫dμ(t)∫f(x) dλt(x)\int d\mu(t) \int f(x)\, d\lambda_t(x); khi đó định nghĩa của tích phân ν=∫λt dμ(t)\nu = \int \lambda_t\, d\mu(t) có thể được viết

∫f(x) dν(x)=∫dμ(t)∫f(x) dλt(x). \int f(x)\, d\nu(x) = \int d\mu(t) \int f(x)\, d\lambda_t(x).

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 ⩾0\geqslant 0 xác định trên T; vì hàm h là nửa liên tục dưới (thậm chí liên tục) trên T, μ∗(h)=μ∙(h)=∑t∈Th(t)\mu^*(h) = \mu^\bullet(h) = \sum_{t \in T} h(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 t↦λtt \mapsto \lambda_t của T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) là khả tích cốt yếu μ vô hướng tương đương với việc nói rằng họ (λt)t∈T(\lambda_t)_{t \in T} là cộng được (§2, No. 1), và khi đó ta có ∫λt dμ(t)=∑t∈Tλt\int \lambda_t\, d\mu(t) = \sum_{t \in T} \lambda_t. Chú ý rằng ánh xạ t↦λtt \mapsto \lambda_t là liên tục yếu.

Trích dẫn đến 3

Trích dẫn đến III § 1. Các độ đo trên một không gian compact địa phương, IV § 1. Tích phân trên của một hàm dương, V § 2. Các họ khả tổng của các độ đo dương

Ví dụ 2

Ánh xạ t↦εtt \mapsto \varepsilon_t của T vào M+(T)\mathscr{M}_+(T) là liên tục yếu, khả tích cốt yếu μ vô hướng đối với mọi độ đo dương μ trên T, và ta có ∫εt dμ(t)=μ\int \varepsilon_t\, d\mu(t) = \mu.

Mệnh đề 1

Giả sử rằng μ là cận trên của một họ có hướng tăng (μi)i∈I(\mu_i)_{i \in I} các độ đo dương trên T; để Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là khả tích cốt yếu μ vô hướng, điều kiện cần và đủ là Λ khả tích cốt yếu μi\mu_i vô hướng với mọi i∈Ii \in I và họ (∫λt dμi(t))i∈I(\int \lambda_t\, d\mu_i(t))_{i \in I} bị chặn trên trong M(X)\mathscr{M}(X). Khi đó,

∫λt dμ(t)=sup⁡i∈I∫λt dμi(t). \int \lambda_t\, d\mu(t) = \sup_{i \in I} \int \lambda_t\, d\mu_i(t).
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 11, V § 1

Được trích dẫn bởi Mệnh đề 3

Thật vậy, việc kiểm tra rằng Λ\Lambda là khả tích cốt yếu vô hướng đối với một độ đo dương η\eta trên TT quy về việc kiểm tra rằng t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) là η\eta-đo được và nhận một tích phân trên cốt yếu hữu hạn, đối với η\eta, với mọi hàm g∈H+(X)g \in \mathscr{H}_+(X). 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 μ\mu là tổng của một họ khả tổng (μα)α∈A(\mu_\alpha)_{\alpha \in A} các độ đo dương trên TT; để cho Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là khả tích vô hướng thiết yếu μ\mu, điều kiện cần và đủ là Λ\Lambda khả tích vô hướng thiết yếu μα\mu_\alpha với mọi α∈A\alpha \in A và họ các độ đo ∫λtdμα(t)\int \lambda_t d\mu_\alpha(t) là khả tổng. Khi đó ta có

∫λtdμ(t)=∑α∈A∫λtdμα(t). \int \lambda_t d\mu(t) = \sum_{\alpha \in A} \int \lambda_t d\mu_\alpha(t).
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 μ\mu cũng là khả tích vô hướng thiết yếu μ′\mu' đối với mọi độ đo μ′≤μ\mu' \leq \mu.

Trong tiết này chúng ta sẽ chỉ giới hạn vào việc nghiên cứu các ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu từ TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) có tính chất được xét đến trong định nghĩa sau:

Định nghĩa 1

— *Cho XX là một không gian compact địa phương, Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu μ\mu từ TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X), và ν\nu là tích phân của Λ\Lambda.

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 Λ\Lambda là μ\mu-tiền thích hợp nếu, với mọi hàm nửa liên tục dưới f≥0f \geq 0 xác định trên XX, hàm t↦∫∙fdλtt \mapsto \int^\bullet f d\lambda_t là μ\mu-đo được trên TT và*

∫∙f(x)dν(x)=∫∙dμ(t)∫∙f(x)dλt(x). \int^\bullet f(x) d\nu(x) = \int^\bullet d\mu(t) \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x).

Ta nói rằng Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp () nếu Λ\Lambda là μ′\mu'-tiền thích hợp đối với mọi độ đo dương μ′≤μ\mu' \leq \mu.*

Có thể chứng minh rằng nếu Λ\Lambda là μ\mu-tiền thích hợp và nếu độ đo ν=∫λtdμ(t)\nu = \int \lambda_t d\mu(t) là điều hòa—đặc biệt nếu XX đếm được tại vô hạn—thì Λ\Lambda là μ\mu-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 “μ\mu-thích hợp” được định nghĩa là các ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu μ\mu và μ\mu-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 μ\mu-thích hợp.

Mệnh đề 2

— Cho Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ khả tích vô hướng thiết yếu μ\mu từ TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X), và cho ν=∫λt dμ(t)\nu = \int \lambda_t \, d\mu(t).

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 Λ\Lambda liên tục yếu, thì ánh xạ t↦λt∙(f)t \mapsto \lambda_t^\bullet(f) là nửa liên tục dưới đối với mọi hàm nửa liên tục dưới f⩾0f \geqslant 0 xác định trên XX, Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp, và ta có quan hệ

∫∗f(x) dν(x)=∫∗dμ(t)∫∗f(x) dλt(x). \int^* f(x) \, d\nu(x) = \int^* d\mu(t) \int^* f(x) \, d\lambda_t(x).

b) Nếu Λ\Lambda là đo được mơ hồ μ\mu, thì Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp.

c) Nếu tôpô của XX có một cơ sở đếm được, thì Λ\Lambda là đo được mơ hồ μ\mu (do đó cũng μ\mu-thích hợp).

Cho ff là một hàm nửa liên tục dưới ⩾0\geqslant 0 xác định trên XX. Cho FF là tập hợp, có hướng đối với quan hệ ⩽\leqslant, của các hàm g∈K(X)g \in \mathscr{K}(X) sao cho 0⩽g⩽f0 \leqslant g \leqslant f. Với g∈Fg \in F, ký hiệu hgh_g là hàm xác định trên TT bởi hg(t)=λt(g)h_g(t) = \lambda_t(g). Tương tự, đặt

hf(t)=λt∗(f)=λt∙(f)=sup⁡g∈Fhg(t) h_f(t) = \lambda_t^*(f) = \lambda_t^\bullet(f) = \sup_{g \in F} h_g(t)

(§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 Λ\Lambda lên SS là liên tục mơ hồ, trong đó SS là một tập con đóng của TT chứa giá của μ\mu. Với g∈Fg \in F, ký hiệu h‾g\overline{h}_g là hàm số trùng với hgh_g trên SS và có giá trị +∞+\infty trên CSC_S. Đặt h‾f=sup⁡g∈Fh‾g\overline{h}_f = \sup_{g \in F} \overline{h}_g; khi đó h‾f=hf\overline{h}_f = h_f trên SS. Với mọi g∈Fg \in F, hàm h‾g\overline{h}_g là nửa liên tục dưới; do đó h‾f\overline{h}_f là nửa liên tục dưới và, vì họ (h‾g)g∈F(\overline{h}_g)_{g \in F} là có hướng,

μ∗(h‾f)=sup⁡g∈Fμ∗(h‾g)=sup⁡g∈Fμ∗(hg)=sup⁡g∈Fν(g)=ν∗(f) \mu^*(\overline{h}_f) = \sup_{g \in F} \mu^*(\overline{h}_g) = \sup_{g \in F} \mu^*(h_g) = \sup_{g \in F} \nu(g) = \nu^*(f)

(Ch. IV, §1, No. 1, Định lý 1 và §2, No. 3, Mệnh đề 6). Vì hf=h‾fh_f = \overline{h}_f trên SS, do đó hầu khắp nơi, điều này cũng có thể được viết μ∗(hf)=ν∗(f)\mu^*(h_f) = \nu^*(f), một đẳng thức đồng nhất với (5). Tương tự, vì ff và h‾f\overline{h}_f là nửa liên tục dưới, các quan hệ trước đó cho đẳng thức μ∙(h‾f)=ν∙(f)\mu^\bullet(\overline{h}_f) = \nu^\bullet(f) (§1, No. 1, Mệnh đề 4); vì h‾f=hf\overline{h}_f = h_f trên SS, suy ra μ∙(hf)=ν∙(f)\mu^\bullet(h_f) = \nu^\bullet(f) (§1, No. 1, Mệnh đề 1), một đẳng thức đồng nhất với (4). Ánh xạ Λ\Lambda do đó là μ\mu-tiền-thích hợp; nhưng trong toàn bộ lập luận này người ta có thể thay μ\mu bởi μ′⩽μ\mu' \leqslant \mu, và ν\nu bởi ν′=∫λt dμ′(t)\nu' = \int \lambda_t \, d\mu'(t), bởi vì Λ\Lambda cũng là khả tích μ′\mu'-theo vô hướng một cách bản chất và SS chứa giá của μ′\mu'. Từ đó suy ra rằng Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp.

Giả sử Λ\Lambda là liên tục theo nghĩa mơ hồ; ta có thể lấy S=TS = T; khi đó hf=h‾fh_f = \overline{h}_f là nửa liên tục dưới, điều này hoàn tất chứng minh phần a) của mệnh đề.

Giả sử rằng Λ\Lambda là μ\mu-đo được theo nghĩa mơ hồ và ta chứng minh b). Tập K\mathscr{K} gồm các tập con compact K của T sao cho hạn chế của Λ\Lambda trên K là liên tục là μ\mu-trù mật (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 15), tồn tại một họ tổng được (μα)α∈A(\mu_\alpha)_{\alpha \in A} các độ đo trên T sao cho μ=∑α∈Aμα\mu = \sum_{\alpha \in A} \mu_\alpha và giá của mỗi độ đo μα\mu_\alpha thuộc K\mathscr{K} (§2, No. 3, Mệnh đề 4). Với mọi α∈A\alpha \in A, ánh xạ Λ\Lambda là khả tích thiết yếu theo vô hướng μα\mu_\alpha, và ta đặt να=∫λtdμα(t)\nu_\alpha = \int \lambda_t d\mu_\alpha(t); họ (να)(\nu_\alpha) là tổng được, và tổng của nó bằng ν\nu (Hệ quả của Mệnh đề 1). Nếu ff là một hàm dương nửa liên tục dưới xác định trên X, phần thứ nhất của chứng minh, áp dụng cho các độ đo μα\mu_\alpha và các tập đóng SαS_\alpha, chỉ ra rằng:

1∘1^\circ hfh_f là μα\mu_\alpha-đo được với mọi α∈A\alpha \in A, do đó là μ\mu-đo được (§2, No. 2, Mệnh đề 2), và

2∘2^\circ ∫∗f(x)dνα(x)=∫∗dμα(t)∫∗f(x)dλt(x)\int^* f(x) d\nu_\alpha(x) = \int^* d\mu_\alpha(t) \int^* f(x) d\lambda_t(x).

Công thức (4) suy ra bằng cách lấy tổng theo α\alpha (§2, No. 2, Mệnh đề 1). Áp dụng lập luận trước cho một độ đo tùy ý μ′≤μ\mu' \leq \mu (điều này là hợp lệ, vì Λ\Lambda là khả tích thiết yếu theo vô hướng μ′\mu' và μ′\mu'-đo được theo nghĩa mơ hồ, cf. §2, No. 2, Mệnh đề 2), ta kết luận rằng Λ\Lambda là μ′\mu'-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 μ\mu Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t của T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) đều là μ\mu-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 K(X)\mathscr{K}(X) một tập con đếm được S có tính chất sau: với mọi hàm f∈K(X)f \in \mathscr{K}(X), tồn tại một dãy (fn)(f_n) các phần tử của S và một hàm dương φ∈S\varphi \in S sao cho, với mọi số ε>0\varepsilon > 0, ∣fn−f∣≤εφ|f_n - f| \leq \varepsilon \varphi với điều kiện n đủ lớn.

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Định lý 1, IV § 5

Gọi X′X' 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 K(X)\mathscr{K}(X) với một tập con của C(X′)\mathscr{C}(X'). Gọi S′S' là một tập con đếm được trù mật của không gian Banach C(X′)\mathscr{C}(X') (GT, X, §3, No. 3, Th. 1); ta có thể giả sử rằng S′S' chứa hàm hằng nn với mọi n∈Nn \in \mathbf{N}. Gọi (Un)(U_n) là một dãy các tập mở tương đối compact trong X, có hợp là X, sao cho U‾n⊂Un+1\overline{U}_n \subset U_{n+1} với mọi n (GT, I, §9, No. 9, Prop. 15), và gọi φn\varphi_n là một hàm trong K+(X)\mathscr{K}_+(X) bằng 1 trên U‾n\overline{U}_n. Ta ký hiệu S là tập hợp đếm được các phần tử của K(X)\mathscr{K}(X) có dạng φng\varphi_n g (n∈N,g∈S′n \in \mathbf{N}, g \in S'). Nếu f∈K(X)f \in \mathscr{K}(X), gọi (gn)(g_n) là một dãy các phần tử của S′S' hội tụ đều đến ff, và gọi k là một số nguyên sao cho giá của ff được chứa trong UkU_k. Cuối cùng, gọi m là một số nguyên là cận trên của các chuẩn của các hàm gng_n. Các hàm fn=φkgnf_n = \varphi_k g_n thuộc S và thỏa mãn mệnh đề, với φ=mφk\varphi = m \varphi_k.

Sau khi bổ đề đã được thiết lập, và ánh xạ t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) là khả tích μ\mu-theo nghĩa thực chất đối với mọi g∈Sg \in S, ánh xạ t↦(λt(g))g∈St \mapsto (\lambda_t(g))_{g \in S} từ T vào RS\mathbf{R}^S là μ\mu-đo được (Ch. IV, §5, No. 3, Th. 1). Tập hợp K\mathscr{K}, gồm các tập compact K của T sao cho hạn chế của ánh xạ này lên K là liên tục, do đó là μ\mu-trù mật, và chỉ cần chứng minh rằng hạn chế của Λ\Lambda lên mọi K∈KK \in \mathscr{K} là liên tục. Bây giờ, gọi ff là một phần tử bất kỳ của K(X)\mathscr{K}(X), fnf_n và φ\varphi là các phần tử của S thỏa mãn mệnh đề của Bổ đề; khi đó hàm t↦λt(f)t \mapsto \lambda_t(f) là giới hạn đều trên K của các hàm liên tục t↦λt(fn)t \mapsto \lambda_t(f_n); 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, Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ μ\mu-thích hợp từ T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X), và ν\nu là tích phân của Λ\Lambda.

Mệnh đề 3

— Gọi f là một hàm số ⩾0\geqslant 0 xác định trên X. a) Các bất đẳng thức sau đúng:

∫∗f(x) dν(x)⩾∫∙dμ(t)∫∗f(x) dλt(x)⩾∫∙dμ(t)∫∗f(x) dλt(x). \int^* f(x)\, d\nu(x) \geqslant \int^\bullet d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x) \geqslant \int^\bullet d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x).

b) Nếu Λ\Lambda liên tục yếu, thì

∫∗f(x) dν(x)⩾∫∗dμ(t)∫∗f(x) dλt(x). \int^* f(x)\, d\nu(x) \geqslant \int^* d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x).

c) Nếu λt∙(1)<+∞\lambda_t^\bullet(1) < +\infty địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, thì

∫∙f(x) dν(x)⩾∫∙dμ(t)∫∗f(x) dλt(x)=∫∙dμ(t)∫∗f(x) dλt(x). \int^\bullet f(x)\, d\nu(x) \geqslant \int^\bullet d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x) = \int^\bullet d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x).
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 f⩽gf \leqslant g. Với mọi t∈Tt \in T,

∫∗f(x) dλt(x)⩽∫∗g(x) dλt(x), \int^* f(x)\, d\lambda_t(x) \leqslant \int^* g(x)\, d\lambda_t(x),

do đó, theo (4) và Prop. 4 của §1,

∫∙dμ(t)∫∗f(x) dλt(x)⩽∫∙dμ(t)∫∗g(x) dλt(x)=∫∗g(x) dν(x). \int^\bullet d\mu(t) \int^* f(x)\, d\lambda_t(x) \leqslant \int^\bullet d\mu(t) \int^* g(x)\, d\lambda_t(x) = \int^* g(x)\, d\nu(x).

Bất đẳng thức thứ nhất trong các bất đẳng thức (6) sau đó suy ra từ định nghĩa của ∫∗f(x) dν(x)\int^* f(x)\, d\nu(x) (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 Λ\Lambda liên tục yếu, sử dụng (5) thay cho (4).

Ta chuyển sang chứng minh của (8). Ánh xạ t↦λt∗(1)t \mapsto \lambda_t^*(1) là đo được, và hữu hạn địa phương μ\mu-hầu khắp nơi. Tập K\mathscr{K} các tập con compact của TT sao cho hạn chế của t↦λt∗(1)t \mapsto \lambda_t^*(1) trên KK là hữu hạn và liên tục do đó là μ\mu-trù mật, và Mệnh đề 4 của §2, No. 3 suy ra sự tồn tại của một họ tổng được (μα)α∈A(\mu_\alpha)_{\alpha \in A} các độ đo dương, với các giá đỡ thuộc K\mathscr{K}, sao cho μ=∑α∈Aμα\mu = \sum_{\alpha \in A} \mu_\alpha. Ánh xạ Λ\Lambda là μα\mu_\alpha-thích hợp đối với mọi α∈A\alpha \in A; đặt να=∫λtdμα(t)\nu_\alpha = \int \lambda_t d\mu_\alpha(t). Mệnh đề 1 chỉ ra rằng ν=∑α∈Aνα\nu = \sum_{\alpha \in A} \nu_\alpha, và quan hệ (4), áp dụng cho độ đo μα\mu_\alpha và hàm 1, chỉ ra rằng να\nu_\alpha là một độ đo bị chặn (vì λt∗(1)\lambda_t^*(1) bị chặn trên Supp⁡(μα)\operatorname{Supp}(\mu_\alpha)). Khi đó ta viết công thức (6) cho độ đo μα\mu_\alpha, thay thế ký hiệu ∫∗\int^* trong vế thứ nhất bằng ∫∙\int^\bullet, điều này hợp lệ theo Mệnh đề 7 của §1; khi đó

∫∙f(x)dνα(x)≥∫∙dμα(t)∫∗f(x)dλt(x)=∫∙dμα(t)∫∙f(x)dλt(x) \int^\bullet f(x) d\nu_\alpha(x) \geq \int^\bullet d\mu_\alpha(t) \int^* f(x) d\lambda_t(x) = \int^\bullet d\mu_\alpha(t) \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x)

(đẳng thức cuối cùng do sự kiện rằng λt\lambda_t 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 α\alpha (§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 ff là một hàm ≥0\geq 0 xác định trên XX, và cho HH là tập hợp các t∈Tt \in T sao cho ff không λt\lambda_t-bỏ qua được. a) Nếu ff ν\nu-bỏ qua được, thì HH là địa phương μ\mu-bỏ qua được. b) Nếu ff là ν\nu-bỏ qua được và Λ\Lambda liên tục theo nghĩa mơ hồ, thì HH là μ\mu-bỏ qua được. c) *Nếu ff là địa phương ν\nu-bỏ qua được và λt∙(1)<+∞\lambda_t^\bullet(1) < +\infty địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, thì HH là địa phương μ\mu-bỏ qua được.

Được trích dẫn bởi 4

Được trích dẫn bởi Hệ quả 2, Mệnh đề 4, Mệnh đề 5, Định lý 1

Hệ quả 2

— *Cho ff là một hàm ≥0\geq 0 xác định trên XX, ν\nu-đo được và ν\nu-điều hòa. Tập hợp các t∈Tt \in T sao cho ff không λt\lambda_t-điều hòa được khi đó là địa phương μ\mu-bỏ qua được (và thậm chí μ\mu-bỏ qua được nếu Λ\Lambda 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, ff là tổng của một dãy các hàm fn≥0f_n \geq 0 sao cho fnf_n bằng không bên ngoài một tập compact KnK_n với n≥1n \geq 1, và f0f_0 là ν\nu-không đáng kể (§1, No. 2, Mệnh đề 6); khi đó f0f_0 là λt\lambda_t-không đáng kể ngoại trừ các tt tạo thành một tập địa phương μ\mu-không đáng kể (và thậm chí μ\mu-không đáng kể, nếu Λ\Lambda liên tục mơ hồ) theo Hệ quả 1, và mệnh đề suy ra ngay lập tức.

Mệnh đề 4

— Cho ff là một hàm ν\nu-đo được xác định trên XX, với các giá trị trong một không gian tôpô GG, và cho MM là tập hợp các t∈Tt \in T sao cho ff không λt\lambda_t-đo được. a) *Giả sử rằng ff là hằng trên phần bù của một tập con ν\nu-điều hòa của XX; khi đó MM là địa phương μ\mu-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 λt∙(1)<+∞\lambda_t^\bullet(1) < +\infty 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 (Kn)(K_n) các tập compact sao cho hạn chế của f trên mỗi KnK_n là liên tục. Gọi S là tập hợp các t∈Tt \in T sao cho N không là λt\lambda_t-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 Kn,B,NK_n, B, N là đo được đối với mọi độ đo trên X, và hạn chế của f trên mỗi tập trong chúng là λt\lambda_t-đo được đối với mọi t∉St \notin S. Do đó hàm f là λt\lambda_t-đo được đối với mọi t∉St \notin S (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 να≤ν\nu_\alpha \leq \nu. Bây giờ, các độ đo này bị chặn, do đó được điều hòa, và từ a) suy ra rằng M là địa phương μα\mu_\alpha-không đáng kể với mọi α∈A\alpha \in A. 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 t∈Tt \in T sao cho f không đồng thời λt\lambda_t-đo được và λt\lambda_t-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 t↦∫∙f(x)dλt(x)t \mapsto \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x) là μ-đo được, và

∫∙f(x)dν(x)=∫∙dμ(t)∫∙f(x)dλt(x). \int^\bullet f(x) d\nu(x) = \int^\bullet d\mu(t) \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x).

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 t↦∫∗f(x)dλt(x)t \mapsto \int^* f(x) d\lambda_t(x) là μ-đo được và μ-điều hòa, và

∫∗f(x)dν(x)=∫∗dμ(t)∫∗f(x)dλt(x). \int^* f(x) d\nu(x) = \int^* d\mu(t) \int^* f(x) d\lambda_t(x).

c) Giả sử rằng λt∙(1)<+∞\lambda_t^\bullet(1) < +\infty hầu khắp mọi nơi theo μ địa phương. Khi đó tập N là địa phương μ-không đáng kể, hàm t↦∫∙f(x)dλt(x)t \mapsto \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x) 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 ff là ν\nu-không đáng kể. 2) Tồn tại một tập compact KK sao cho ff bằng không bên ngoài KK và hạn chế của ff trên KK 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 GG một tập mở ν\nu-nguyên chứa KK, bởi MM một cận trên hằng của ff, bởi hh hàm nửa liên tục dưới MφGM \varphi_G, và bởi gg hàm h−fh - f. Vì hàm ff là nửa liên tục trên trên XX, nên gg là nửa liên tục dưới và dương. Hơn nữa, f,g,hf, g, h là ν\nu-nguyên.

Khi đó ta áp dụng công thức (4) (tương ứng (5)) cho các hàm nửa liên tục dưới hh và gg. Lấy hiệu, ta thấy rằng hàm

t↦∫∙f(x) dλt(x)(resp. ∫∗f(x) dλt(x)) t \mapsto \int^\bullet f(x)\, d\lambda_t(x) \quad (\text{resp. } \int^* f(x)\, d\lambda_t(x))

là μ\mu-đo được và công thức (9) (tương ứng (10)) đúng. Cuối cùng, dưới giả thiết của b), hàm t↦∫∗f(x) dλt(x)t \mapsto \int^* f(x)\, d\lambda_t(x) có tích phân trên hữu hạn, do đó thực sự là μ\mu-bị chặn.

Để chứng minh c), ta xét lại các độ đo μα\mu_\alpha và να\nu_\alpha của chứng minh Mệnh đề 3; vì ff là να\nu_\alpha-đo được và να\nu_\alpha-bị chặn, mệnh đề a) suy ra rằng t↦∫∙f(x) dλt(x)t \mapsto \int^\bullet f(x)\, d\lambda_t(x) là μα\mu_\alpha-đo được và

∫∙f(x) dνα(x)=∫∙dμα(t)∫∙f(x) dλt(x). \int^\bullet f(x)\, d\nu_\alpha(x) = \int^\bullet d\mu_\alpha(t) \int^\bullet f(x)\, d\lambda_t(x).

Chỉ còn việc lấy tổng theo α\alpha, áp dụng các Mệnh đề 1 và 2 của §2, No. 2.

Nếu ff không được giả thiết là ν\nu-bị chặn, và nếu không đặt giả thiết trong c), thì quan hệ (9) có thể không đúng (Bài tập 3).

Hệ quả

— *Cho f\mathbf{f} là một hàm xác định trên XX, nhận giá trị trong một không gian Banach FF hoặc trong R‾\overline{\mathbf{R}}, là ν\nu-đo được và ν\nu-bị chặn. Để f\mathbf{f} là ν\nu-nguyên, điều kiện cần và đủ là

∫∙dμ(t)∫∙∣f(x)∣ dλt(x)<+∞. \int^\bullet d\mu(t) \int^\bullet |\mathbf{f}(x)|\, d\lambda_t(x) < +\infty.
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 ff là một hàm nhận giá trị trong một không gian Banach FF hoặc trong R‾\overline{\mathbf{R}}, và cho HH là tập hợp các t∈Tt \in T sao cho ff không λt\lambda_t-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 ff là ν\nu-nguyên, thì HH là μ\mu-vô nghĩa địa phương, hàm t↦∫f(x) dλt(x)t \mapsto \int f(x)\, d\lambda_t(x) (được xác định với t∉Ht \notin H) là μ\mu-nguyên theo nghĩa bản chất, và

∫f(x) dν(x)=∫dμ(t)∫f(x) dλt(x). \int f(x)\, d\nu(x) = \int d\mu(t) \int f(x)\, d\lambda_t(x).

b) Nếu ff là ν\nu-khả tích và Λ\Lambda là liên tục yếu, thì HH còn là μ\mu-không đáng kể và hàm t↦∫f(x) dλt(x)t \mapsto \int f(x)\, d\lambda_t(x) (được xác định với t∉Ht \notin H) là μ\mu-khả tích.

c) Nếu λt∗(1)<+∞\lambda_t^*(1) < +\infty địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, thì các kết luận của a) vẫn đúng đối với ff là một hàm ν\nu-khả tích thiết yếu.

Trước hết ta sẽ thiết lập a) (tương ứng b)). Mệnh đề này đúng khi ff là một hàm số dương (Mệnh đề 5); nếu ff là một hàm khả tích nhận giá trị trong R‾\overline{\mathbf{R}}, kết quả này có thể áp dụng cho các hàm dương f+f^+ và f−f^-, và do đó ngay lập tức mở rộng đến ff bằng phép trừ. Còn lại cần xét trường hợp các hàm nhận giá trị trong FF. Gọi H\mathscr{H} là không gian con của LF1(ν)\mathscr{L}_F^1(\nu) tạo bởi các tổ hợp tuyến tính, với các hệ số trong FF, của các hàm thuộc K(X)\mathscr{K}(X); kết quả liên quan đến các hàm thực suy ra ngay tính đúng đắn của mệnh đề đối với các phần tử của H\mathscr{H}. Bây giờ, H\mathscr{H} trù mật trong LF1(ν)\mathscr{L}_F^1(\nu); do đó, với mọi f∈LF1(ν)f \in \mathscr{L}_F^1(\nu), tồn tại một dãy (fn)(f_n) các phần tử của H\mathscr{H} có các tính chất sau:

1) dãy (fn)(f_n) hội tụ đến ff theo trung bình trong LF1(ν)\mathscr{L}_F^1(\nu), và ν\nu-hầu khắp nơi; 2) hàm g=∣f0∣+∑n∈N∣fn+1−fn∣g = |f_0| + \sum_{n \in \mathbf{N}} |f_{n+1} - f_n| sao cho ν∗(g)<+∞\nu^*(g) < +\infty (Ch. IV, §3, No. 4, Đl. 3).

Gọi N1N_1 là tập hợp các t∈Tt \in T sao cho λt∗(g)=+∞\lambda_t^*(g) = +\infty; N1N_1 là địa phương μ\mu-không đáng kể (tương ứng μ\mu-không đáng kể) theo công thức (6) (tương ứng (7)). Với t∉N1t \notin N_1, các fnf_n thuộc LF1(λt)\mathscr{L}_F^1(\lambda_t), dãy (fn)(f_n) hội tụ λt\lambda_t-hầu khắp nơi, cũng như đối với tôpô của sự hội tụ theo trung bình trong LF1(λt)\mathscr{L}_F^1(\lambda_t) (Ch. IV, §3, No. 3, Mệnh đề 6). Gọi MM là tập hợp các x∈Xx \in X sao cho fn(x)f_n(x) không hội tụ đến f(x)f(x): vì MM là ν\nu-không đáng kể, tập hợp N2N_2 gồm các t∈Tt \in T sao cho MM không là λt\lambda_t-không đáng kể là địa phương μ\mu-không đáng kể (tương ứng μ\mu-không đáng kể) theo Hệ quả 1 của Mệnh đề 3.

Giả sử rằng tt không thuộc N1∪N2N_1 \cup N_2; dãy (fn)(f_n) hội tụ theo trung bình trong LF1(λt)\mathscr{L}_F^1(\lambda_t), và hội tụ λt\lambda_t-hầu khắp nơi đến ff. Do đó f∈LF1(λt)f \in \mathscr{L}_F^1(\lambda_t) và ∫f dλt=lim⁡n→∞∫fn dλt\int f\, d\lambda_t = \lim_{n \to \infty} \int f_n\, d\lambda_t (Ch. IV, §4, No. 1). Tập hợp HH của mệnh đề do đó được chứa trong N1∪N2N_1 \cup N_2; vì vậy nó là địa phương μ\mu-không đáng kể (tương ứng μ\mu-không đáng kể). Mặt khác, hàm t↦∫f dλtt \mapsto \int f\, d\lambda_t bằng địa phương μ\mu-hầu khắp nơi với giới hạn của một dãy các hàm μ\mu-đo được; do đó nó là μ\mu-đo được. Cuối cùng, với mọi t∉N1∪N2t \notin N_1 \cup N_2 và mọi nn, ta có

∣∫fn(x) dλt(x)∣≤∫∗g(x) dλt(x) \left| \int f_n(x)\, d\lambda_t(x) \right| \leq \int^* g(x)\, d\lambda_t(x)
do bất đẳng thức ∣fn∣≤g|f_n| \leq g và Mệnh đề 2 của Ch. IV, §4, No. 2. Khi đó, hàm t↦∫∗g(x) dλt(x)t \mapsto \int^* g(x)\, d\lambda_t(x) là khả tích μ\mu-cốt yếu (tương ứng μ\mu-khả tích) theo Mệnh đề 5. Vì vậy ta có thể áp dụng định lý Lebesgue, cho
∫dμ(t)∫f(x) dλt(x)=lim⁡n→∞∫dμ(t)∫fn(x) dλt(x)=lim⁡n→∞∫fn(x) dν(x). \int d\mu(t) \int f(x)\, d\lambda_t(x) = \lim_{n \to \infty} \int d\mu(t) \int f_n(x)\, d\lambda_t(x) = \lim_{n \to \infty} \int f_n(x)\, d\nu(x).
Vì ∫fn(x) dν(x)\int f_n(x)\, d\nu(x) tiến tới ∫f(x) dν(x)\int f(x)\, d\nu(x) khi nn tiến tới ∞\infty, theo các giả thiết đặt ra trên dãy (fn)(f_n), quan hệ (11) suy ra và ta đã chứng minh a) (tương ứng b)).

Bây giờ giả sử rằng λt∙(1)<+∞\lambda_t^\bullet(1) < +\infty địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, và rằng gg là một hàm ν\nu-khả tích cốt yếu. Gọi ff là một hàm ν\nu-khả tích sao cho g=fg = f địa phương ν\nu-hầu khắp nơi (§ 1, No. 3). Khi đó g=fg = f hầu khắp nơi đối với λt\lambda_t, trừ các tt tạo thành một tập hợp μ\mu-không đáng kể địa phương PP (Hệ quả 1 c) của Mệnh đề 3). Do đó ∫g dλt=∫f dλt\int g\, d\lambda_t = \int f\, d\lambda_t với mọi t∉P∪Ht \notin P \cup H, và điều này hoàn tất chứng minh.

Nhận xét

Cho Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ μ\mu-thích hợp của TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X). Nếu một ánh xạ Λ′:t↦λt′\Lambda' : t \mapsto \lambda'_t của TT vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) bằng Λ\Lambda địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, thì suy ra ngay từ các định nghĩa rằng Λ′\Lambda' cũng là μ\mu-thích hợp, và rằng Λ\Lambda và Λ′\Lambda' có cùng tích phân. Nếu bây giờ H:t↦ηtH : t \mapsto \eta_t là một hàm nhận giá trị trong M+(X)\mathscr{M}_+(X), được xác định địa phương μ\mu-hầu khắp nơi, ta lại nói rằng HH là μ\mu-thích hợp nếu nó bằng địa phương μ\mu-hầu khắp nơi với một ánh xạ Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t xác định khắp nơi và μ\mu-thích hợp. Khi đó ta đặt ∫ηt dμ(t)=∫λt dμ(t)\int \eta_t\, d\mu(t) = \int \lambda_t\, d\mu(t), một định nghĩa không phụ thuộc vào hàm Λ\Lambda 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 μ\mu-thích hợp được xác định địa phương μ\mu-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 μ\mu-đo được đối với mọi độ đo dương μ\mu 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 ff 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 ff 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 ff của T vào một không gian tôpô F là đo được phổ quát khi và chỉ khi ff 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 μ\mu 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 μ\mu là một độ đo dương trên T, và cho ff là một ánh xạ μ\mu-đo được của T vào một không gian tôpô F. Khi đó tồn tại một ánh xạ đo được phổ quát f′f' của T vào F sao cho f=f′f = f' địa phương μ\mu-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 K\mathscr{K} là tập hợp các tập compact trong T sao cho hạn chế của ff lên K là liên tục; vì K\mathscr{K} là μ\mu-trù mật (Ch. IV, §5, No. 10, Mệnh đề 15), tồn tại một họ đếm được địa phương (Ki)i∈I(K_i)_{i \in I} gồm các phần tử rời nhau từng đôi một của K\mathscr{K} sao cho tập N=T−⋃i∈IKiN = T - \bigcup_{i \in I} K_i là không đáng kể địa phương μ\mu (Ch. IV, §5, No. 9, Mệnh đề 14). Cho xx là một phần tử của F; đặt

f′(t)=f(t)neˆˊu t∈⋃i∈IKi, f'(t) = f(t) \quad \text{nếu } t \in \bigcup_{i \in I} K_i,
f′(t)=xneˆˊu t∈N. f'(t) = x \quad \text{nếu } t \in N.

Các hàm ff và f′f' bằng nhau địa phương μ\mu-hầu khắp nơi. Mặt khác, N∩KN \cap K là một tập con Borel của K đối với mọi tập compact K trong T, vì họ (Ki)(K_i) là đếm được địa phương. Suy ra rằng N là một tập đo được phổ quát, và rằng f′f' 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 Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ của T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X). Ánh xạ Λ\Lambda 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 sup⁡t∈T∥λt∥<+∞\sup_{t \in T} \| \lambda_t \| < +\infty; đại lượng này khi đó được gọi là chuẩn của Λ và được ký hiệu ∥Λ∥\| \Lambda \|.

Mệnh đề sau đây chỉ đơn giản là dịch lại định nghĩa:

Mệnh đề 8

— Để một ánh xạ Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t của T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X) 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 f⩾0f \geqslant 0 xác định trên X, hàm t↦λt∙(f)t \mapsto \lambda_t^\bullet(f) là khả đo được phổ dụng trên T. 2) Với mọi hàm g∈K+(X)g \in \mathscr{K}_+(X), hàm t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) bị chặn địa phương trên T. 3) Với mọi hàm nửa liên tục dưới f⩾0f \geqslant 0 xác định trên X và với mọi độ đo dương μ\mu trên T có giá compact, đẳng thức sau đúng, trong đó ν\nu ký hiệu ∫λtdμ(t)\int \lambda_t d\mu(t):

∫∙f(x)dν(x)=∫∙dμ(t)∫∙f(x)dλt(x). \int^\bullet f(x) d\nu(x) = \int^\bullet d\mu(t) \int^\bullet f(x) d\lambda_t(x).
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 Λ\Lambda 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 Λ\Lambda là μ\mu-thích đáng. Cho g∈K+(X)g \in \mathscr{K}_+(X) và cho uu là hàm t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) (khả đo được phổ dụng, theo 1)); giả sử rằng uu không bị chặn địa phương. Khi đó sẽ tồn tại một tập compact K sao cho uu không bị chặn trên K, do đó sẽ tồn tại một dãy (tn)(t_n) gồm các phần tử của K sao cho u(tn)⩾n2u(t_n) \geqslant n^2 với mọi n⩾1n \geqslant 1; khi đó uu không khả tích đối với độ đo μ=∑n⩾11n2εtn\mu = \sum_{n \geqslant 1} \frac{1}{n^2} \varepsilon_{t_n} có giá compact, trái với giả thiết về Λ\Lambda, giả thiết này suy ra rằng t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) 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 Λ\Lambda khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với μ\mu với mọi độ đo μ\mu có giá compact. Vì mọi độ đo μ′≥0\mu' \geq 0 bị chặn trên bởi một độ đo μ\mu có giá compact thì cũng có giá compact, các điều kiện 1) và 3) diễn đạt rằng Λ\Lambda là μ\mu-thích đáng đối với mọi độ đo dương có giá compact, và đó chính là kết quả cần tìm.

Mệnh đề 9

— Cho Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t là một ánh xạ từ T vào M+(X)\mathscr{M}_+(X), sao cho hàm t↦λt(g)t \mapsto \lambda_t(g) là khả đo được phổ dụng và bị chặn địa phương trên T với mọi g∈K+(X)g \in \mathscr{K}_+(X). Có thể khẳng định rằng Λ\Lambda là một phép khuếch tán trong mỗi trường hợp sau:

Trích dẫn đến 2

Trích dẫn đến Mệnh đề 2, Mệnh đề 8

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 μ\mu là một độ đo dương trên T có giá compact; ánh xạ Λ\Lambda khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với μ\mu, do đó μ\mu-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 ⟨η,h⟩⟨\eta, h⟩ tích phân thiết yếu trên, đối với một độ đo dương η\eta, của một hàm dương khả đo được theo η\eta là hh. Ánh xạ Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t sẽ là một phép khuếch tán của TT trong XX. Nếu ff là một hàm dương khả đo được phổ dụng xác định trên XX, ta sẽ ký hiệu bởi Λf\Lambda f ánh xạ t↦λt∗(f)t \mapsto \lambda_t^*(f). Nếu μ\mu là một độ đo dương trên TT sao cho Λ\Lambda khả tích thiết yếu theo vô hướng đối với μ\mu, ta sẽ ký hiệu bởi μΛ\mu\Lambda độ đo ∫λtdμ(t)\int \lambda_t d\mu(t). Định nghĩa của tích phân khi đó có dạng

⟨μΛ,f⟩=⟨μ,Λf⟩với f∈K+(X). ⟨\mu\Lambda, f⟩ = ⟨\mu, \Lambda f⟩ \quad \text{với } f \in \mathscr{K}_+(X).

Ta sẽ nói rằng một độ đo dương μ\mu trên TT thuộc miền của Λ\Lambda nếu Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp: điều đó có nghĩa là nói (theo Mệnh đề 8) rằng Λ\Lambda là khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với μ\mu và ⟨μ′Λ,f⟩=⟨μ′,Λf⟩⟨\mu'\Lambda, f⟩ = ⟨\mu', \Lambda f⟩ với mọi độ đo dương μ′≤μ\mu' \leq \mu và mọi hàm dương nửa liên tục dưới ff.

Mệnh đề 10

Hãy cho f,gf, g là hai hàm dương đo được theo mọi độ đo trên XX, cho aa là một số ≥0\geq 0, và cho μ\mu và ν\nu là hai độ đo dương trên TT. 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) Λ(f+g)=Λf+Λg\Lambda(f + g) = \Lambda f + \Lambda g, Λ(af)=aΛf\Lambda(af) = a\Lambda f. b) Nếu μ\mu và ν\nu thuộc miền của Λ\Lambda, thì μ+ν\mu + \nu và aμa\mu cũng thuộc miền đó, và ta có (μ+ν)Λ=μΛ+νΛ(\mu + \nu)\Lambda = \mu\Lambda + \nu\Lambda, (aμ)Λ=a(μΛ)(a\mu)\Lambda = a(\mu\Lambda).

Điểm duy nhất không hiển nhiên là μ+ν\mu + \nu thuộc miền của Λ\Lambda, và điều này được xét bằng cách nhận thấy rằng mọi độ đo dương bị chặn trên bởi μ+ν\mu + \nu đều có dạng μ′+ν′\mu' + \nu', trong đó μ′≤μ\mu' \leq \mu, ν′≤ν\nu' \leq \nu (''bổ đề phân tích'', Ch. II, §1, No. 1). Xem thêm mệnh đề sau.

Mệnh đề 11

Để một độ đo dương μ\mu trên TT thuộc miền của Λ\Lambda, điều kiện cần và đủ là Λ\Lambda khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với μ\mu. \

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 ff là một hàm dương nửa liên tục dưới xác định trên XX. Hàm Λf\Lambda f là đo được theo mọi độ đo, do đó μ\mu-đo được. Ta sẽ chứng minh rằng ⟨μ,Λf⟩=⟨μΛ,f⟩⟨\mu, \Lambda f⟩ = ⟨\mu\Lambda, f⟩; vì đẳng thức này cũng đúng với mọi độ đo dương μ′≤μ\mu' \leq \mu, do Λ\Lambda cũng khả tích cốt yếu theo vô hướng đối với μ′\mu', nên suy ra rằng Λ\Lambda là μ\mu-thích hợp.

Cho (μi)i∈I(\mu_i)_{i\in I} là một họ khả tổng các độ đo dương có giá compact, sao cho μ=∑i∈Iμi\mu = \sum_{i\in I} \mu_i (§2, No. 3, Mệnh đề 4); khi đó họ các độ đo μiΛ\mu_i \Lambda cũng khả tổng, và μΛ=∑i∈IμiΛ\mu \Lambda = \sum_{i \in I} \mu_i \Lambda (No. 1, Hệ quả của Mệnh đề 1). Do đó ⟨μΛ,f⟩=∑i∈I⟨μiΛ,f⟩\langle \mu \Lambda, f \rangle = \sum_{i \in I} \langle \mu_i \Lambda, f \rangle (§ 2, No. 2, Mệnh đề 1); nhưng Λ\Lambda là μi\mu_i-thích hợp, nên ⟨μiΛ,f⟩=⟨μi,Λf⟩\langle \mu_i \Lambda, f \rangle = \langle \mu_i, \Lambda f \rangle. Áp dụng lại Mệnh đề 1 của § 2, ta được đẳng thức cần tìm:

⟨μΛ,f⟩=∑i∈I⟨μiΛ,f⟩=∑i∈I⟨μi,Λf⟩=⟨μ,Λf⟩. \langle \mu \Lambda, f \rangle = \sum_{i \in I} \langle \mu_i \Lambda, f \rangle = \sum_{i \in I} \langle \mu_i, \Lambda f \rangle = \langle \mu, \Lambda f \rangle .

Hệ quả 1

— *Nếu Λ\Lambda là một diffusion bị chặn, thì mọi độ đo dương bị chặn μ\mu đều thuộc miền xác định của Λ\Lambda, và ∥μΛ∥≤∥μ∥∥Λ∥\| \mu \Lambda \| \leq \| \mu \| \| \Lambda \|.

Hệ quả 2

— *Giả sử μ\mu là tổng của một họ khả tổng (μα)α∈A(\mu_\alpha)_{\alpha \in A} gồm các độ đo dương thuộc miền xác định của Λ\Lambda. Để μ\mu thuộc miền xác định của Λ\Lambda, điều kiện cần và đủ là họ các độ đo μαΛ\mu_\alpha \Lambda khả tổng; trong trường hợp đó μΛ=∑α∈AμαΛ\mu \Lambda = \sum_{\alpha \in A} \mu_\alpha \Lambda.

Trích dẫn đến 2

Trích dẫn đến Hệ quả, Mệnh đề 5

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 μ\mu là một độ đo dương trên TT thuộc miền xác định của Λ\Lambda, và cho ff là một hàm khả đo lường theo mọi nghĩa ≥0\geq 0 được xác định trên XX. Nếu ff là moderated đối với độ đo μΛ\mu \Lambda, hoặc nếu các độ đo λt\lambda_t bị chặn, thì hàm Λf\Lambda f là μ\mu-khả đo và

⟨μΛ,f⟩=⟨μ,Λf⟩. \langle \mu \Lambda, f \rangle = \langle \mu, \Lambda f \rangle .

Hệ quả

— *Nếu XX là đếm được ở vô cực, hoặc nếu các độ đo λt\lambda_t bị chặn, thì hàm Λf\Lambda f là khả đo lường theo mọi nghĩa trên TT với mọi hàm khả đo lường theo mọi nghĩa f≥0f \geq 0 được xác định trên XX, 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 T,X,YT, X, Y là ba không gian compact địa phương, Λ:t↦λt\Lambda : t \mapsto \lambda_t một diffusion bị chặn của TT trong XX, và H:x↦ηxH : x \mapsto \eta_x một diffusion bị chặn của XX trong YY. Khi đó ánh xạ t↦λtHt \mapsto \lambda_t H là một diffusion bị chặn của TT trong YY, được ký hiệu bởi ΛH\Lambda H, và

∥ΛH∥≤∥Λ∥∥H∥. \| \Lambda H \| \leq \| \Lambda \| \| H \|.
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 ff là một hàm khả đo lường theo mọi nghĩa ≥0\geq 0 được xác định trên YY, và μ\mu là một độ đo trên TT. Giả sử rằng μ\mu thuộc miền xác định của Λ\Lambda, và rằng μΛ thuộc miền xác định của HH; khi đó μ\mu thuộc miền xác định của ΛH\Lambda H, và

⟨μ(ΛH),f⟩=⟨μΛ,Hf⟩=⟨μ,ΛHf⟩; \langle \mu(\Lambda H), f \rangle = \langle \mu \Lambda, Hf \rangle = \langle \mu, \Lambda Hf \rangle;
(15)
(μΛ)H=μ(ΛH);Λ(Hf)=(ΛH)f. (\mu \Lambda)H = \mu(\Lambda H); \quad \Lambda(Hf) = (\Lambda H)f.

Đặt γt=λtH\gamma_t = \lambda_t H; ta sẽ ký hiệu bằng Γ\Gamma ánh xạ ΛH\Lambda H của T vào M+(Y)\mathscr{M}_+(Y), và bằng Γf\Gamma f hàm t↦⟨γt,f⟩t \mapsto \langle \gamma_t, f \rangle (lạm dụng ký hiệu, vì ta vẫn chưa biết liệu Γ\Gamma có phải là một khuếch tán hay không). Khi đó ⟨γt,f⟩=⟨λtH,f⟩=⟨λt,Hf⟩\langle \gamma_t, f \rangle = \langle \lambda_t H, f \rangle = \langle \lambda_t, Hf \rangle theo (13); vì hàm HfHf là dương và đo được phổ quát trên X (Hệ quả của Mệnh đề 12), suy ra trước hết rằng Γf=Λ(Hf)\Gamma f = \Lambda(Hf), và rồi Γf\Gamma f là đo được phổ quát trên T (tham chiếu như trên). Rõ ràng mọi độ đo γt\gamma_t đều có tổng khối lượng nhiều nhất bằng ∥Λ∥∥H∥\| \Lambda \| \| H \|. Do đó Γg\Gamma g là đo được phổ quát và bị chặn với mọi hàm g∈K+(Y)g \in \mathscr{K}_+(Y); vì thế Γ\Gamma 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 μ\mu là một độ đo thuộc miền xác định của Λ\Lambda, sao cho μΛ\mu \Lambda thuộc miền xác định của H, thì, với g∈K+(Y)g \in \mathscr{K}_+(Y),

⟨μ,Γg⟩=⟨μ,Λ(Hg)⟩=⟨μΛ,Hg⟩=⟨(μΛ)H,g⟩. \langle \mu, \Gamma g \rangle = \langle \mu, \Lambda(Hg) \rangle = \langle \mu \Lambda, Hg \rangle = \langle (\mu \Lambda)H, g \rangle.

Vì đại lượng cuối cùng là hữu hạn, ta thấy rằng Γ\Gamma khả tích thiết yếu theo μ\mu theo vô hướng. Ta ký hiệu μΓ\mu \Gamma là tích phân ∫γtdμ(t)\int \gamma_t d\mu(t) (lạm dụng ký hiệu, vì ta vẫn chưa biết liệu Γ\Gamma có phải là một khuếch tán hay không). Khi đó các quan hệ trên có thể viết

⟨μΓ,g⟩=⟨(μΛ)H,g⟩, \langle \mu \Gamma, g \rangle = \langle (\mu \Lambda)H, g \rangle,

hoặc cũng có thể là μΓ=(μΛ)H\mu \Gamma = (\mu \Lambda)H vì gg tùy ý trong K+(Y)\mathscr{K}_+(Y).

Xét lại hàm đo được phổ quát f⩾0f \geqslant 0. Ta có

⟨μΓ,f⟩=⟨(μΛ)H,f⟩=⟨μΛ,Hf⟩=⟨μ,Λ(Hf)⟩=⟨μ,Γf⟩. \langle \mu \Gamma, f \rangle = \langle (\mu \Lambda)H, f \rangle = \langle \mu \Lambda, Hf \rangle = \langle \mu, \Lambda(Hf) \rangle = \langle \mu, \Gamma f \rangle.

Khi ff là nửa liên tục dưới và μ\mu chạy trên tập các độ đo dương có giá compact, các quan hệ này diễn tả rằng Γ\Gamma 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 ΛH\Lambda H được gọi là khuếch tán hợp thành (hay phép hợp thành) của các khuếch tán bị chặn H và Λ\Lambda. \

Trích dẫn đến 1

Trích dẫn đến Mệnh đề 13

Cho X1,X2,X3,X4X_1, X_2, X_3, X_4 là bốn không gian địa phương compact, và Λ1,Λ2,Λ3\Lambda_1, \Lambda_2, \Lambda_3 là ba khuếch tán bị chặn, lần lượt từ X1X_1 sang X2X_2, từ X2X_2 sang X3X_3, từ X3X_3 sang X4X_4. Suy ra ngay từ Mệnh đề 13 rằng

(Λ1Λ2)Λ3=Λ1(Λ2Λ3). (\Lambda_1 \Lambda_2) \Lambda_3 = \Lambda_1 (\Lambda_2 \Lambda_3).

Vì vậy ta sẽ dùng các ký hiệu này không có ngoặc cho phép hợp thành các khuếch tán.

Ví dụ

Cho uu là một ánh xạ đo được phổ quát của T vào X, và vv là một ánh xạ đo được phổ quát của X vào Y; theo Mệnh đề 2 b), ta định nghĩa các khuếch tán Λ\Lambda và HH bởi các công thức

λt=εu(t),ηx=εv(x); \lambda_t = \varepsilon_{u(t)}, \quad \eta_x = \varepsilon_{v(x)};

khi đó khuếch tán Γ=ΛH\Gamma = \Lambda H được cho bởi

γt=ε(vou)(t). \gamma_t = \varepsilon_{(vou)(t)}.

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.

Bản dịch máy từ tiếng Anh, bởi gpt-5-6-mini, gpt-5-6, gpt-5.4-mini, theo bảng thuật ngữ phiên bản 34. Chưa được người kiểm tra. Mô hình này là bản rút gọn của mô hình đã viết phần còn lại của ngôn ngữ này.